1. Производные высших порядков. Если функция определена на некотором множестве X={ x } и имеет производную - некоторую функцию, определенную на Х, то производная от производной называется второй производной (производной второго порядка) и обозначается следующими символами: (если независимая переменная t – время, для физических приложений).
Высшие производные определяются по индукции. Производной n -го порядка (n -ой производной) функции в точке х называется производная от производной (n–1)-го порядка
(1)
Производные высшего порядка иногда обозначают с помощью римских цифр:
2. Основные правила вычисления n-ых производных.
1) ;
2)
3) Формула Лейбница:
3. Производные n - го порядка от некоторых функций:
6. Дифференциалы высших порядков. Дифференциалом n -го порядка называется значение дифференциала d от дифференциала (n –1) порядка, когда приращение аргумента dx при вычислении очередного дифференциала равно приращению аргумента dx для предыдущего дифференциала. При этом очередной дифференциал вычисляется так же, как и первый дифференциал - как главная линейная часть приращения функции.
(1)
Если х - независимая переменная, то при этом условии справедливы формулы:
(2)
Откуда следует точное выражение для n -ой производной в дифференциальной форме, которое используется и как единый символ для обозначения n -ой производной:
(3)
Если х не является независимой переменной, а является функцией какой-либо другой переменной, например t, то формулы (2)-(3) становятся неверными и высшие дифференциалы нужно находить из исходного определения по формуле (1). В частности при n =2 можно получить из (1):
(4)
За счет появления второго слагаемого в формуле (4) второй дифференциал (2) и последующие дифференциалы являются не инвариантными относительно замены переменой.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1. Найти производную 2-го порядка от функции
Решение.
ПРИМЕР 2. Найти производную 2-го порядка от функции, заданной параметрически
Решение.
ПРИМЕР 3. Найти производные для функции заданной параметрически:
Решение. Для получим:
Аналогично находим 3-ю производную:
ПРИМЕР 4. Найти производную 2-го порядка от функции, заданной неявно
Решение. Воспользуемся формулой для нахождения производной, заданной неявно:
ПРИМЕР 5. Пусть функция определяется из уравнения Найти в точке с координатами
Решение. Дифференцируя данное соотношение, имеем
(1)
Откуда следует, что Следовательно, Вторую производную удобнее найти, предварительно перобразовав уравнение (1) к виду
Получим
Решаем уравнение относительно и подставляем в полученное выражение Тогда
ПРИМЕР 6. Найти (n) -ю производную от функции
Решение. Продолжая операции дифференцирования, для (n) -ой производной получим
ПРИМЕР 7. Найти дифференциал 2-го порядка функции
Решение.
ПРИМЕР 8. Найти дифференциал (n)- го порядка функции
Решение.
Теперь можно увидеть, как изменяются коэффициенты с увеличением порядка дифференциала и для (n)- го дифференциала получить формулу которая верна при