Поскольку величину можно
формально рассмотреть как функцию переменной
, получаем:
, то есть приращение независимой
переменной всегда совпадает с ее дифференциалом. Что касается зависимой
переменной, то значения приращения функции
и дифференциала
(то есть приращения касательной), вообще
говоря, различны. Однако, при
, различие между
и
исчезает.
Данное обстоятельство достаточно очевидно уже из рассмотрения графика (рис.
21), более строгое рассмотрение имеет вид:
.
Таким образом, различие между и
является величиной более высокого порядка
малости, чем
, что может быть записано как
.
(78)
В дальнейшем, при рассмотрении ряда Тейлора, мы увидим,
что поправка имеет порядок
.
Обобщая вышесказанное, можем записать
,
откуда следует
.
(79)
Выражение , наряду с
и
, используется
для обозначения производной функции
по переменной
.
Формула (75) является отправной точкой для вывода различных правил дифференцирования (нахождения производных).
Теорема 1: Производная от постоянной величины равна нулю.
(80)
Действительно, . Ч.Т.Д.
Отметим, что при дифференцировании по переменной , любое выражение, не зависящее от
, является постоянной.
Пример 1: Найти производную функции .
Теорема 2: Постоянный множитель можно выносить за знак дифференцирования.
(81)
Действительно,
. Ч.Т.Д.
Теорема 3: Производная суммы (разности) двух функций равна сумме (разности) производных.
(82)
Действительно,
. Ч.Т.Д.
Объединение двух последних теорем дает
.
(83)
Теорема 4: Производная произведения двух функций находится по формуле
.
(84)
Действительно,
. Ч.Т.Д.
Теорема 5: Производная частного от деления двух функций находится по формуле
.
(85)
Действительно,
. Ч.Т.Д.
Теорема 6: Производная от композиции двух функций равна произведению производных от внешней и внутренней функций композиции по их непосредственным аргументам.
.
(86)
Действительно, пусть есть независимая
(внутренняя) переменная,
- внутренняя функция
композиции,
- промежуточный аргумент (аргумент
внешней функции),
- внешняя функция композиции.
Имеем:
. Ч.Т.Д.
Если, в свою очередь, рассмотреть как композицию двух функций, и так далее,
Теорема 6 может быть непосредственно обобщена на случай композиции
произвольного числа функций
. (87)
Формула (87) является основной для практического вычисления производных.
Теорема 7: Производная обратной функции находится по формуле
.
(88)
Действительно, пусть -
прямая, а
- обратная функции. Продифференцировав
обе части тождества
по переменной
, имеем:
, откуда следует
. Ч.Т.Д.
Перейдем к практическому
вычислению производных. Для начала получим значения производных от известных
нам элементарных функций.
Пример 2: Найти производную степенной функции с натуральным показателем степени.
Используя определение производной (75), а также формулу Ньютона (27), получаем
.
Отметим, что при данная
формула согласуется с правилом дифференцирования постоянной (80):
.
Пример 3: Найти производную от экспоненты .
Представив экспоненту в виде ряда (59), получаем:
.
Пример 4: Найти производную от показательной
функции с произвольным основанием
.
Используя основное логарифмическое тождество, а также правило дифференцирования сложной функции (86), получаем:
.
Пример 5: Найти производную от .
Воспользовавшись формулой Эйлера (14), имеем:
.
Предлагаем читателю убедиться самостоятельно, что .
Пример 6: Найти производную от .
Используя формулу производной от частного (85), получаем:
.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.