Пусть функция задана графически (рис. 1). Возьмем на кривой произвольно точку . Зададим приращение аргументу , тогда функция получит приращение и на графике мы получим точку с координатами . Проведем секущую и обозначим угол наклона секущей к оси через :
Пусть , тогда точка будет стремиться к точке , величина угла будет изменяться. При приближении к касательной , угол приближается к углу , следовательно, равен угловому коэффициенту касательной:
Рис.1 Геометрический смысл производной.
Таким образом, геометрический смысл производной заключается в том, что она есть угловой коэффициент касательной к графику функции в этой точке.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПРОИЗВОДНЫХ
1. Производная постоянной величины равна нулю:
где,
2. Производная аргумента по самому аргументу равна единице:
.
3. Производная алгебраической суммы функций равна алгебраической сумме производных этих функций:
Например: .
4. Производная произведения двух функций определяются по формуле:
Например: .
5. Производная частного двух функций определяются по формуле:
Например:
ТАБЛИЦА ПРОИЗВОДНЫХ ОТ ОСНОВНЫХ
ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ФУНКЦИЙ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
ПРОИЗВОДНАЯ СЛОЖНОЙ ФУНКЦИИ
Пусть у нас есть сложная функция: . Эту сложную функцию (или функцию от функции) можно представить в виде элементарных функций, которые являются её промежуточными аргументами.
Если функция имеет производную , а функция производную в соответствующей точке , то сложная функция в данной точке имеет производную , которая находится по формуле:
Например:
1.
2.
3.
4. Определить зависимость градиента концентрации от координаты, если зависимость концентрации от координаты задана функцией: , где - константа, - концентрация вещества при .
Решение: Величина градиента концентрации определяется выражением и характеризует быстроту изменения концентрации при изменении координаты. Пользуясь правилом дифференцирования сложной функции получим:
ПРОИЗВОДНЫЕ ВЫСШИХ ПОРЯДКОВ
Производная от производной первого порядка называется производной второго порядка и обозначается или .
Производная от производной второго порядка называется производной третьего порядка и т.д.
Физический смысл производной второго порядка заключается в том, что вторая производная от пути по времени равна мгновенному ускорению переменного движения:
Например:
1. Найти производную второго порядка от функции:
2. Найти скорость и ускорение точки, совершающей гармонические колебания по закону:
ДИФФЕРЕНЦИАЛ ФУНКЦИИ И
ЕГО ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ СМЫСЛ
Дифференциалом функции называется произведение производной этой функции на дифференциал аргумента:
Для объяснения геометрического смысла дифференциала функции обратимся к рисунку 1. Из треугольника находим:
.
Но из определения дифференциала функции: , следовательно
.
Таким образом, отрезок , равный дифференциалу функции геометрически представляет собой приращение ординаты касательной к графику функции в точке с абсциссой при переходе от точки касания в точку с абсциссой .
Например:
Найти дифференциал функции: .