Как уже известно, приращение функции в точке x можно представить в виде , где при , или . Отбрасывая бесконечно малую более высокого порядка, чем , получаем приближенное равенство
,
причем это равенство тем точнее, чем меньше .
Это равенство позволяет с большой точностью вычислить приближенно прира-щение любой дифференцируемой функции.
Дифференциал обычно находится значительно проще, чем приращение функции, поэтому эта формула широко применяется в вычислительной практике.
Подставляя в равенство значения и , получаем
или
(16.12.)
Формула (16.12.) используется для вычислений приближенных значений функции.
Пример 16.15. Вычислить приближенно .
Решение. Рассмотрим функцию ;
, где .
Находим первую производную функции и значение первой производной в точке .
;
.
Находим значение функции в точке :
.
Тогда
.
,
Дифференциалы высших порядков
Пусть дифференцируемая функция, а ее аргумент x – независимая переменная. Ее первый дифференциал есть также функция x. Можно найти дифференциал этой функции.
Дифференциалом второго порядка называется дифференциал от первого дифференциала, т.е.
.
Найдем выражение второго дифференциала функции . Так как не зависит от x, то при дифференцировании считаем постоянным:
.
Таким образом, получаем
. (16.13.)
Равенство (16.13.) есть формула, по которой находится дифференциал второго порядка функции , если x – независимая переменная.
Аналогично определяется и находится дифференциал третьего порядка:
.
И, вообще, дифференциал n -го порядка есть дифференциал от дифференциала (n- 1)-го порядка: .
Отсюда находим, что . В частности, при соответственно получаем:
, , .
т.е. производную функции можно рассматривать как отношение ее дифференциала соответствующего порядка к соответствующей степени дифференциала независимой переменной.
Отметим, что все приведенные выше формулы справедливы только, если x – независимая переменная. Если же функцию , где x есть функция от какой-то другой независимой переменной, то дифференциалы второго и выше порядков не обладают свойством инвариантности формы и вычисляются по другим формулам. Покажем это на примере дифференциала второго порядка.
Используя формулу дифференциала произведения (), полу-чаем:
,
т.е.
. (16.14.)
Сравнивая формулы (15.13.) и (15.14.), убеждаемся, что в случае сложной функции формула дифференциала второго порядка изменяется: появляется второе слагаемое .
Ясно, что если x – независимая переменная, то
и формула (16.14.) переходит в формулу (16.13.)
Пример 16.16. Найти , если , x – независимая переменная.
Решение. Находим последовательно и :
;
.
Тогда по формуле (16.13.) получаем
.
,