I Определение и геометрический смысл
Известно, что приращение дифференцируемой в точке функции можно записать в виде суммы
двух слагаемых, каждое из которых стремится к нулю при . Однако, второе слагаемое имеет порядок малости более высокий, чем первое (“быстрее” стремится к нулю). То есть в этой сумме главную роль играет первое слагаемое.
Определение. Главная часть приращения функции , линейная относительно приращения аргумента x, называется дифференциалом функ-ции и обозначается символом dy.
Итак,
.
Геометрический смысл виден из рисунка: дифференциал функции – это приращение ординаты касательной к графику функции, соответствующее приращению аргумента .
Дифференциалом независимой переменной x, принято называть ее приращение и обозначать dx: . Тогда формула для дифференциала функции приобретает симметричный вид
или .
II Инвариантность формы первого дифференциала
Правило дифференцирования сложной функции приводит к одному очень важному свойству дифференциала. Вычислим dy для функции в двух случаях:
1) x – независимая переменная, тогда ;
2) x – некоторая функция , тогда
Сравнивая результаты, получаем т.н. свойство инвариантности формы первого дифференциала:
форма 1го дифференциала функции не зависит от того, является
ли переменная x независимой или функцией другой переменной.
III Таблица дифференциалов
Так как дифференциал dy лишь множителем dx отличается от производной , то по таблице производных легко составить таблицу дифференциалов.
1. , , .
2. , .
3. , .
4. . 5. .
6. . 7. .
8. . 9. .
10. . 11. .
Также легко получить формулы для дифференциалов суммы, разности, произведения и частного функций:
а)
б)
в)
Отметим, что в таблице дифференциалов переменная x может быть как независимой, так и некоторой функцией. В таблице же производных (§6) x – это только независимая переменная.
Замечание. Формула для дифференциала функции , а именно:
,
позволяет написать формулу, выражающую производную функции через дифференциалы dx и dy:
.
При этом такая формула сохраняет силу, по какой бы независимой переменной ни были вычислены dx и dy. Эта формула позволяет легко запоминать (но не доказывать!) некоторые правила дифференцирования:
для сложной функции
;
для обратной функции
;
для функции, заданной параметрически
.