Решать физические задачи или примеры по математике совершенно невозможно без знаний о производной и методах ее вычисления. Производная – одно из важнейших понятий математического анализа. Этой фундаментальной теме мы и решили посвятить сегодняшнюю статью. Что такое производная, каков ее физический и геометрический смысл, как посчитать производную функции? Все эти вопросы можно объединить в один: как понять производную?
Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.
Геометрический и физический смысл производной
Пусть есть функция f(x), заданная в некотором интервале (a, b). Точки х и х0 принадлежат этому интервалу. При изменении х меняется и сама функция. Изменение аргумента – разность его значений х-х0. Эта разность записывается как дельта икс и называется приращением аргумента. Изменением или приращением функции называется разность значений функции в двух точках. Определение производной:
Производная функции в точке – предел отношения приращения функции в данной точке к приращению аргумента, когда последнее стремится к нулю.
Иначе это можно записать так:
Какой смысл в нахождении такого предела? А вот какой:
Геометрический смысл производной: производная от функции в точке равна тангенсу угла между осью OX и касательной к графику функции в данной точке.
Физический смысл производной: производная пути по времени равна скорости прямолинейного движения.
Действительно, еще со школьных времен всем известно, что скорость – это частное пути x=f(t) и времени t. Средняя скорость за некоторый промежуток времени:
Чтобы узнать скорость движения в момент времени t0 нужно вычислить предел:
Кстати, о том, что такое пределы и как их решать, читайте в нашей отдельной статье.
Приведем пример, иллюстрирующий практическое применение производной. Пусть тело движется то закону:
Нам нужно найти скорость в момент времени t=2c. Вычислим производную:
Правила нахождения производных
Сам процесс нахождения производной называется дифференцированием. Функция, которая имеет производную в данной точке, называется дифференцируемой.
Как найти производную? Согласно определению, нужно составить отношение приращения функции и аргумента, а затем вычислить предел при стремящемся к нулю приращении аргумента. Конечно, можно вычислять все производные так, но на практике это слишком долгий путь. Все уже давно посчитано до нас. Ниже приведем таблицу с производными элементарных функций, а затем рассмотрим правила вычисления производных, в том числе и производных сложных функций с подробными примерами.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Правило первое: выносим константу
Константу можно вынести за знак производной. Более того – это нужно делать. При решении примеров по математике возьмите за правило – если можете упростить выражение, обязательно упрощайте.
Пример. Вычислим производную:
Правило второе: производная суммы функций
Производная суммы двух функций равна сумме производных этих функций. То же самое справедливо и для производной разности функций.
Не будем приводить доказательство этой теоремы, а лучше рассмотрим практический пример.
Найти производную функции:
Решение:
Правило третье: производная произведения функций
Производная произведения двух дифференцируемых функций вычисляется по формуле:
Пример: найти производную функции:
Решение:
Здесь важно сказать о вычислении производных сложных функций. Производная сложной функции равна произведению производной этой функции по промежуточному аргументу на производную промежуточного аргумента по независимой переменной.
В вышеуказанном примере мы встречаем выражение:
В данном случае промежуточный аргумент – 8х в пятой степени. Для того, чтобы вычислить производную такого выражения сначала считаем производную внешней функции по промежуточному аргументу, а потом умножаем на производную непосредственно самого промежуточного аргумента по независимой переменной.
Правило четвертое: производная частного двух функций
Формула для определения производной от частного двух функций:
Пример:
Решение:
Мы постарались рассказать о производных для чайников с нуля. Эта тема не так проста, как кажется, поэтому предупреждаем: в примерах часто встречаются ловушки, так что будьте внимательны при вычислении производных.
С любым вопросом по этой и другим темам вы можете обратиться в студенческий сервис. За короткий срок мы поможем решить самую сложную контрольную и разобраться с заданиями, даже если вы никогда раньше не занимались вычислением производных.
Эксперт по предмету «Математика»
Задать вопрос автору статьи
Теорема о производной произведения функций
Нахождение производной функции называют дифференцированием. Чтобы научиться находить производные, необходимо знать правила дифференцирования. Они связаны с арифметическими действиями, а именно включают в себя правила производных от суммы функций, произведения двух функций и отношения двух функций. В этой статье рассмотрим, как находить производные от умножения двух чисел.
Производная от умножения двух чисел находится по следующему правилу дифференцирования: $(ucdot v)’ = u’v + uv’$. Словесно это правило объясняется в теореме о производной произведения функций.
Если в т. $x$ функции $f(x)$ и $g(x)$ имеются производные, то в точке $x$ произведение этих функций имеет производную, которая равна сумме произведений одной из данных функций и производной другой.
$(f(x)g(x))’=f(x)g(‘(x)+f'(x)g(x).$
Сдай на права пока
учишься в ВУЗе
Вся теория в удобном приложении. Выбери инструктора и начни заниматься!
Получить скидку 3 000 ₽
Для упрощения этой записи в правиле о произведении вместо $f(x)$ используется $u$, а вместо $g(x)$ – $v$.
Приведём доказательство.
Положим $y=f(x)g(x)$.
$y+Delta y=(f(x)+Delta f(x))(g(x)+Delta g(x)).$
$Delta y=(f(x)+Delta f(x))(g(x)+Delta g(x))-f(x)g(x)=f(x)g(x)+f(x)Delta g(x)+Delta f(x)g(x)+Delta f(x)Delta g(x)=f(x)Delta g(x)+g(x)Delta f(x)+Delta f(x)Delta g(x).$
$frac{Delta y}{Delta x}=frac{f(x)Delta g(x)}{Delta x}+frac{Delta f(x)g(x)}{Delta x}+frac{Delta f(x)Delta g(x)}{Delta x}.$
$limlimits_{xto 0} frac{Delta y}{Delta x}=f(x)limlimits_{xto 0}frac{Delta g(x)}{Delta x}+g(x)limlimits_{xto 0}frac{Delta f(x)}{Delta x}+limlimits_{xto 0}frac{Delta f(x)}{Delta x}limlimits_{xto 0}Delta g(x)=f(x)g'(x)+g(x)f'(x)+f'(x)cdot 0.$
Формула доказана.
Теорема распространяется на произведение любого количества дифференцируемых функций. Для примера запишем правило для трёх множителей, используя упрощённую запись:
$(ucdot vcdot w)’=uvw’+uv’w+u’vw.$
Если положить $g(x)=k$ и воспользоваться теоремой о производной произведений, то получим равенство $(k(f(x))’=kf'(x).$ Полученное равенство сформулируем словесно в следствие: постоянный множитель можно выносить за знак производной.
«Производная от умножения двух чисел» 👇
Примеры вычислений
Рассмотрим примеры с производной функции с умножением двух чисел.
Пример 1
Условие. Найти $y’$ если $y=(x+6)(x-7).$
Решение. По теореме получаем: $y’=(x+6)(x-7)’+(x+6)'(x-7)=(x+6)(1-0)+(1+0)(x-7)=(x+6)+(x-7)=x+6+x-7=2x-1.$
Ответ. $y’=2x-1.$
Пример 2
Условие. Найти производную $y=x^4cdot sin x$.
Решение. Наша функция содержит произведение двух функций $y=x^4$ и $y = sin x$. По правилу $(ucdot v)’ = u’v + uv’$ получаем
$y’=(x^4 cdot sin x)’=(x^4)’ cdot sin x + x^4cdot(sin x)’ $.
Чтобы продолжить, необходимо вспомнить следующие формулы: $(x^n)’=ncdot x^{n-1}$ и $(sin x)’=cos x$.
Можем получить ответ: $y’= (x^4)’ cdot sin x + x^4cdot(sin x)’=4x^3cdot sin x +x^4cdotcos x$.
Выполним пример задания по решению уравнения.
Пример 3
Условие. Нужно решить уравнение $f'(x) – 2xln x=x^2-2$, где $f(x)=x^2cdotln x$.
Решение. Для начала найдём производную. Для этого напомним ещё одну формулу производной: $(ln x)’=frac{1}{x}$.
$f'(x)=2xln x + x^2cdotfrac{1}{x}=2xln x +x.$
Получаем уравнение вида:
$2xln x + x-2xln x=x^2-2$.
Сокращаем: $x^2-x-2=0$. Получается $x_1=-1$ и $x_2=2$. Корень $-1$ нам не подходит, так как область определения функции: $x>0$.
Имеем в ответе только корень $2$.
Рассмотрим пример нахождения второй производной функции с умножением двух чисел.
Пример 4
Условие. Найти вторую производную функции $y=x6^x$.
Решение. Производная второго порядка или вторая производная – это производная от первой производной. В свою очередь, первая производная получается из продифференцированной функции. Формула второй производной: $y”=(y’)’$.
Вспомним следующие формулы производных элементарных функций: $(x^n)’=ncdot x^{n-1}$ и $(a^x)’=a^xln a$.
Теперь приступаем непосредственно к нахождению первой производной: $y’=(x6^x)’=1cdot 6^x + xcdot 6^x ln 6 = 6^x (1+xln 6)$.
Далее перейдём к нахождению второй производной: $y”=(6^x(1+xln 6))’$.
Необходимо вспомнить правило дифференциорвания сложения $(u+v)’=u’+v’$ и формулу производной элементарной функции $(c)’=0$.
Промежуточный шаг: $(1+(xln 6))’=0+x’ln6 + x(ln6)’=0+0+ln 6$.
В итоге:
$y” = 6^xln 6cdot(1+xln6)+6^xcdot(0+ln 6)=6^xln 6cdot(1+xln6) +6^xln 6 =6^xln 6 + 6^xln 6(ln 6)+6^xln 6=6^xln 6(2+xln6).$
Ответ. $y’=6^xln 6(2+xln6).$
Таким образом, мы рассмотрели теорему о производной произведения функций и решили несколько примеров.
Находи статьи и создавай свой список литературы по ГОСТу
Поиск по теме
Если вы ничего не смыслите в том, что такое производная и какими методами можно её вычислить, то совершенно невозможно решать примеры по математике или задачи по физике. Ведь такое понятие, как производная, является одним из самых важных в математическом анализе.
В этой статье мы расскажем вам, что является производной, какой она имеет геометрический и физический смысл. В общем, мы с вами попытаемся понять производную.
Геометрический и физический смысл производной
Задаём функцию f(x) в интервале (a, b). А точки x и x0 этому интервалу принадлежат. Если изменится x, то и функция тоже изменится. Изменением аргумента является разность его значений x-x0. Записывается эта разность, как дельта икс и имеет название: приращение аргумента. Разность значений функций в двух точках называется приращением или изменением функции. Так каково определение производной?
Производная функции в точке – предел отношения приращения функции в данной точке к приращению аргумента, когда последнее стремится к нулю.
Можно записать ещё следующим образом:
Встаёт вопрос, для чего нужно находить такой предел? Вот и ответ:
Геометрический смысл производной: производная от функции в точке равна тангенсу угла между осью OX и касательной к графику функции в данной точке.
Физический смысл производной: производная пути по времени равна скорости прямолинейного движения.
Ещё в школе нас учили тому, что скорость – это частное пути x=f(t) и времени (t). Вычисляем среднюю скорость за какой-то временной промежуток:
Для того чтобы нам узнать какова скорость движения в момент t0, необходимо вычислить предел:
Сейчас мы разберем один пример, который продемонстрирует вам применение производной на практике. Допустим, тело движется по закону:
Нам необходимо рассчитать скорость в момент времени t=2c. Вычисляем производную:
Правила нахождения производных
Дифференцирование – это процесс нахождения производной. А дифференцируемая функция – это функция, которая имеет производную в данной точке.
Каким образом нам найти саму производную? Нам необходимо составить отношения приращения функции и аргумента, а после вычислить предел при условии стремящегося к нулю приращения аргумента. Но практика показывает, что такой путь вычисления является очень долгим. Всё, что нам необходимо, уже посчитано. И специально для вас, мы подготовили таблицу с производными элементарных функций.
После таблицы мы рассмотрим правила по вычисления производных. Коснёмся мы и вычисления производных сложных функций. Подробно разберём всё на примерах.
Правило первое: выносим константу
Вынести константы можно за знак производной. Причём делать это необходимо! Когда вы решаете примеры по математике, то всегда помните правило – если есть возможность упростить выражение, то делайте это.
Для примера вычислил с вами производную:
Правило второе: производная суммы функций
Производная суммы двух функций равняется сумме производных этих функций. Это касается и производной разности функций.
Сейчас мы с вами на практике рассмотрим пример доказательства этой теоремы.
Найти производную функции:
Решение:
Правило третье: производная произведения функций
По следующей формуле мы сможем вычислить производную произведения двух дифференцируемых функций:
К примеру: необходимо найти производную функции:
Решение:
Необходимо сказать о том, каким образом вычисляются производные сложных функций.
Производная сложной функции равняется произведению производной этой функции по промежуточному аргументу на производную промежуточного аргумента по независимой переменной.
В примере, который указан выше, мы можем встретить выражение:
В этом примере промежуточным аргументом является 8x в пятой степени. Чтобы нам вычислить производную данного выражения, то для начала необходимо высчитать производную внешней функции по промежуточному аргументу, а после необходимо умножить на производную непосредственно сам промежуточный аргумент по независимой переменной.
Правило четвертое: производная частного двух функций
Ниже приведена формула для того, чтобы определить производную от частного двух функций:
Пример:
Решение:
В данной статье мы попытались рассказать о производных для тех, кто совершенно не знаком с этой темой. Когда вы будете решать примеры, то будьте очень внимательны, ведь в них часто можно встретить ловушки. Эта тема не так уж и проста, какой кажется на первый взгляд.
Вы можете обратиться в наш студенческий сервис по любым вопросам. Мы с удовольствием поможем решить для вас задачи любой сложности. А занимались вы раньше вычислением производных или нет, не имеет никакого значения. Мы помогаем всем!
Производная функции
Процесс нахождения производной функции называется дифференцированием. Производную приходится находить в ряде задач курса математического анализа. Например, при отыскании точек экстремума и перегиба графика функции.
Как найти?
Чтобы найти производную функции нужно знать таблицу производных элементарных функций и применять основные правила дифференцирования:
- Вынос константы за знак производной: $$ (Cu)’ = C(u)’ $$
- Производная суммы/разности функций: $$ (u pm v)’ = (u)’ pm (v)’ $$
- Производная произведения двух функций: $$ (u cdot v)’ = u’v + uv’ $$
- Производная дроби: $$ bigg (frac{u}{v} bigg )’ = frac{u’v – uv’}{v^2} $$
- Производная сложной функции: $$ ( f(g(x)) )’ = f'(g(x)) cdot g'(x) $$
Примеры решения
Пример 1 |
Найти производную функции $ y = x^3 – 2x^2 + 7x – 1 $ |
Решение |
Производная суммы/разности функций равна сумме/разности производных: $$ y’ = (x^3 – 2x^2 + 7x – 1)’ = (x^3)’ – (2x^2)’ + (7x)’ – (1)’ = $$ Используя правило производной степенной функции $ (x^p)’ = px^{p-1} $ имеем: $$ y’ = 3x^{3-1} – 2 cdot 2 x^{2-1} + 7 – 0 = 3x^2 – 4x + 7 $$ Так же было учтено, что производная от константы равна нулю. Если не получается решить свою задачу, то присылайте её к нам. Мы предоставим подробное решение онлайн. Вы сможете ознакомиться с ходом вычисления и почерпнуть информацию. Это поможет своевременно получить зачёт у преподавателя! |
Ответ |
$$ y’ = 3x^2 – 4x + 7 $$ |
Пример 2 |
Найти производную функции $ y = sin x – ln 3x $ |
Решение |
По правилу производной разности: $$ y’ = (sin x – ln 3x)’ = (sin x)’ – (ln 3x)’ = $$ По таблице интегрирования находим: $$ (sin x)’ = cos x $$ $$ (ln x)’ = frac{1}{x} $$ С учетом того, что аргумент натурального логарифма отличен от $ x $, то нужно домножить ещё на производную самого аргумента: $$ y’ = (sin x)’ – (ln 3x)’ = cos x – frac{1}{3x} cdot (3x)’ = $$ После упрощения получаем: $$ = cos x – frac{1}{3x} cdot 3 = cos x – frac{1}{x} $$ |
Ответ |
$$ y’ = cos x – frac{1}{x} $$ |
Пример 3 |
Найти производную функции $ y = (3x-1) cdot 5^x $ |
Решение |
В данном примере стоит произведение двух функций, а производная произведения находится по формуле номер 3: $$ (u cdot v)’ = u’v + uv’ $$ $$ y’ = ( (3x-1) cdot 5^x )’ = (3x-1)’ 5^x + (3x-1) (5^x)’ = $$ Производная первой функции вычисляется как разность фунций: $$ (3x-1)’ = (3x)’ – (1)’ = 3(x)’ – (1)’ = 3 $$ Вторая функция является показательной, производная которой находится по формуле: $ (a^x)’ = a^x ln a $: $$ (5^x)’ = 5^x ln 5 $$ Продолжаем решение с учетом найденных производных: $$ y’ = (3x-1)’ 5^x + (3x-1) (5^x)’ = 3 cdot 5^x + (3x-1) 5^x ln 5 $$ |
Ответ |
$$ y’ = 3cdot 5^x + (3x-1) 5^x ln 5 $$ |
Пример 4 |
Найти производную функции $ y = frac{ln x}{sqrt{x}} $ |
Решение |
Производную дроби найдем по четвертой формуле. Положим $ u = ln x $ и $ v = sqrt{x} $. Тогда их производные по таблице основных элементарных функций равны: $$ u’ = (ln x)’ = frac{1}{x} $$ $$ v’ = (sqrt{x})’ = frac{1}{2sqrt{x}} $$ Используя формулу №4 получаем: $$ y’ = bigg ( frac{ln x}{sqrt{x}} bigg )’ = frac{ frac{1}{x} cdot sqrt{x} – ln x cdot frac{1}{2sqrt{x}} }{x} = $$ Выносим множитель $ frac{1}{2sqrt{x}} $ в числителе за скобку: $$ y’ = frac{2-ln x}{2xsqrt{x}} $$ |
Ответ |
$$ y’ = frac{2-ln x}{2xsqrt{x}} $$ |
Пример 5 |
Найти производную функции $ y = ln sin 3x $ |
Решение |
Данная функция является сложной, потому производную будем брать по цепочке. Сначала от внешней функции, затем от внутренней. При этом выполняя их перемножение. $$ y’ = (ln sin 3x )’ = frac{1}{sin 3x} cdot (sin 3x)’ = $$ Заметим, что аргумент синуса отличен от $ x $, поэтому тоже является сложной функцией: $$ = frac{1}{sin 3x} cdot cos 3x cdot (3x)’ = frac{1}{sin 3x} cdot cos 3x cdot 3 $$ Учитывая определение котангенса $ ctg x = frac{cos 3x}{sin 3x} $ перепишем полученную производную в удобном компактном виде: $$ y’ = 3ctg 3x $$ |
Ответ |
$$ y’ = 3ctg 3x $$ |
Правила вычисления производных
7 апреля 2011
- Скачать все правила
Если следовать определению, то производная функции в точке — это предел отношения приращения функции Δy к приращению аргумента Δx:
Вроде бы все понятно. Но попробуйте посчитать по этой формуле, скажем, производную функции f(x) = x
2 + (2x + 3) · e
x
· sin x. Если все делать по определению, то через пару страниц вычислений вы просто уснете. Поэтому существуют более простые и эффективные способы.
Для начала заметим, что из всего многообразия функций можно выделить так называемые элементарные функции. Это относительно простые выражения, производные которых давно вычислены и занесены в таблицу. Такие функции достаточно просто запомнить — вместе с их производными.
Производные элементарных функций
Элементарные функции — это все, что перечислено ниже. Производные этих функций надо знать наизусть. Тем более что заучить их совсем несложно — на то они и элементарные.
Итак, производные элементарных функций:
Название | Функция | Производная |
Константа | f(x) = C, C ∈ R | 0 (да-да, ноль!) |
Степень с рациональным показателем |
f(x) = x n |
n · x n − 1 |
Синус | f(x) = sin x | cos x |
Косинус | f(x) = cos x | − sin x (минус синус) |
Тангенс | f(x) = tg x | 1/cos2 x |
Котангенс | f(x) = ctg x | − 1/sin2 x |
Натуральный логарифм | f(x) = ln x | 1/x |
Произвольный логарифм |
f(x) = log a x |
1/(x · ln a) |
Показательная функция |
f(x) = e x |
e x (ничего не изменилось) |
Если элементарную функцию умножить на произвольную постоянную, то производная новой функции тоже легко считается:
(C · f)’ = C · f ’.
В общем, константы можно выносить за знак производной. Например:
(2x
3)’ = 2 · (x
3)’ = 2 · 3x
2 = 6x
2.
Очевидно, элементарные функции можно складывать друг с другом, умножать, делить — и многое другое. Так появятся новые функции, уже не особо элементарные, но тоже дифференцируемые по определенным правилам. Эти правила рассмотрены ниже.
Производная суммы и разности
Пусть даны функции f(x) и g(x), производные которых нам известны. К примеру, можно взять элементарные функции, которые рассмотрены выше. Тогда можно найти производную суммы и разности этих функций:
- (f + g)’ = f ’ + g ’
- (f − g)’ = f ’ − g ’
Итак, производная суммы (разности) двух функций равна сумме (разности) производных. Слагаемых может быть больше. Например, (f + g + h)’ = f ’ + g ’ + h ’.
Строго говоря, в алгебре не существует понятия «вычитание». Есть понятие «отрицательный элемент». Поэтому разность f − g можно переписать как сумму f + (−1) · g, и тогда останется лишь одна формула — производная суммы.
Задача. Найти производные функций: f(x) = x
2 + sin x; g(x) = x
4 + 2x
2 − 3.
Функция f(x) — это сумма двух элементарных функций, поэтому:
f ’(x) = (x
2 + sin x)’ = (x
2)’ + (sin x)’ = 2x + cos x;
Аналогично рассуждаем для функции g(x). Только там уже три слагаемых (с точки зрения алгебры):
g ’(x) = (x
4 + 2x
2 − 3)’ = (x
4 + 2x
2 + (−3))’ = (x
4)’ + (2x
2)’ + (−3)’ = 4x
3 + 4x + 0 = 4x · (x
2 + 1).
Ответ:
f ’(x) = 2x + cos x;
g ’(x) = 4x · (x
2 + 1).
Производная произведения
Математика — наука логичная, поэтому многие считают, что если производная суммы равна сумме производных, то производная произведения strike“>равна произведению производных. А вот фиг вам! Производная произведения считается совсем по другой формуле. А именно:
(f · g) ’ = f ’ · g + f · g ’
Формула несложная, но ее часто забывают. И не только школьники, но и студенты. Результат — неправильно решенные задачи.
Задача. Найти производные функций: f(x) = x
3 · cos x; g(x) = (x
2 + 7x − 7) · e
x
.
Функция f(x) представляет собой произведение двух элементарных функций, поэтому все просто:
f ’(x) = (x
3 · cos x)’ = (x
3)’ · cos x + x
3 · (cos x)’ = 3x
2 · cos x + x
3 · (− sin x) = x
2 · (3cos x − x · sin x)
У функции g(x) первый множитель чуть посложней, но общая схема от этого не меняется. Очевидно, первый множитель функции g(x) представляет собой многочлен, и его производная — это производная суммы. Имеем:
g ’(x) = ((x
2 + 7x − 7) · e
x
)’ = (x
2 + 7x − 7)’ · e
x
+ (x
2 + 7x − 7) · (e
x
)’ = (2x + 7) · e
x
+ (x
2 + 7x − 7) · e
x
= e
x
· (2x + 7 + x
2 + 7x −7) = (x
2 + 9x) · e
x
= x(x + 9) · e
x
.
Ответ:
f ’(x) = x
2 · (3cos x − x · sin x);
g ’(x) = x(x + 9) · e
x
.
Обратите внимание, что на последнем шаге производная раскладывается на множители. Формально этого делать не нужно, однако большинство производных вычисляются не сами по себе, а чтобы исследовать функцию. А значит, дальше производная будет приравниваться к нулю, будут выясняться ее знаки и так далее. Для такого дела лучше иметь выражение, разложенное на множители.
Производная частного
Если есть две функции f(x) и g(x), причем g(x) ≠ 0 на интересующем нас множестве, можно определить новую функцию h(x) = f(x)/g(x). Для такой функции тоже можно найти производную:
Неслабо, да? Откуда взялся минус? Почему g
2? А вот так! Это одна из самых сложных формул — без бутылки не разберешься. Поэтому лучше изучать ее на конкретных примерах.
Задача. Найти производные функций:
В числителе и знаменателе каждой дроби стоят элементарные функции, поэтому все, что нам нужно — это формула производной частного:
По традиции, разложим числитель на множители — это значительно упростит ответ:
Ответ:
Производная сложной функции
Сложная функция — это не обязательно формула длиной в полкилометра. Например, достаточно взять функцию f(x) = sin x и заменить переменную x, скажем, на x
2 + ln x. Получится f(x) = sin (x
2 + ln x) — это и есть сложная функция. У нее тоже есть производная, однако найти ее по правилам, рассмотренным выше, не получится.
Как быть? В таких случаях помогает замена переменной и формула производной сложной функции:
f ’(x) = f ’(t) · t ’, если x заменяется на t(x).
Как правило, с пониманием этой формулы дело обстоит еще более печально, чем с производной частного. Поэтому ее тоже лучше объяснить на конкретных примерах, с подробным описанием каждого шага.
Задача. Найти производные функций: f(x) = e
2x + 3; g(x) = sin (x
2 + ln x)
Заметим, что если в функции f(x) вместо выражения 2x + 3 будет просто x, то получится элементарная функция f(x) = e
x
. Поэтому делаем замену: пусть 2x + 3 = t, f(x) = f(t) = e
t
. Ищем производную сложной функции по формуле:
f ’(x) = f ’(t) · t ’ = (e
t
)’ · t ’ = e
t
· t ’
А теперь — внимание! Выполняем обратную замену: t = 2x + 3. Получим:
f ’(x) = e
t
· t ’ = e
2x + 3 · (2x + 3)’ = e
2x + 3 · 2 = 2 · e
2x + 3
Теперь разберемся с функцией g(x). Очевидно, надо заменить x
2 + ln x = t. Имеем:
g ’(x) = g ’(t) · t ’ = (sin t)’ · t ’ = cos t · t ’
Обратная замена: t = x
2 + ln x. Тогда:
g ’(x) = cos (x
2 + ln x) · (x
2 + ln x)’ = cos (x
2 + ln x) · (2x + 1/x).
Вот и все! Как видно из последнего выражения, вся задача свелась к вычислению производной суммы.
Ответ:
f ’(x) = 2 · e
2x + 3;
g ’(x) = (2x + 1/x) · cos (x
2 + ln x).
Очень часто на своих уроках вместо термина «производная» я использую слово «штрих». Например, штрих от суммы равен сумме штрихов. Так понятнее? Ну, вот и хорошо.
Таким образом, вычисление производной сводится к избавлению от этих самых штрихов по правилам, рассмотренным выше. В качестве последнего примера вернемся к производной степени с рациональным показателем:
(x
n
)’ = n · x
n − 1
Немногие знают, что в роли n вполне может выступать дробное число. Например, корень — это x
0,5. А что, если под корнем будет стоять что-нибудь навороченное? Снова получится сложная функция — такие конструкции любят давать на контрольных работах и экзаменах.
Задача. Найти производную функции:
Для начала перепишем корень в виде степени с рациональным показателем:
f(x) = (x
2 + 8x − 7)0,5.
Теперь делаем замену: пусть x
2 + 8x − 7 = t. Находим производную по формуле:
f ’(x) = f ’(t) · t ’ = (t
0,5)’ · t ’ = 0,5 · t
−0,5 · t ’.
Делаем обратную замену: t = x
2 + 8x − 7. Имеем:
f ’(x) = 0,5 · (x
2 + 8x − 7)−0,5 · (x
2 + 8x − 7)’ = 0,5 · (2x + 8) · (x
2 + 8x − 7)−0,5.
Наконец, возвращаемся к корням:
Ответ:
Смотрите также:
- Вводный урок по вычислению производных степенной функции
- Уравнение касательной к графику функции
- Тест к параграфу «Что такое логарифм» (легкий)
- Комбинаторика в задаче B6: легкий тест
- Задача B2: лекарство и таблетки
- Задача B4 про шерсть и свитер