- •5. Дифференциальное исчисление функций одной переменной. Часть 1 (8 часов).
- •1. Дифференцирование функций одной переменной
- •1.1. Производная и ее геометрический смысл
- •Определение 1
- •Определение 2
- •Геометрический смысл производной
- •Доказательство
- •1.2. Дифференцируемая функция
- •Определение 1
- •Необходимое и достаточное условие дифференцируемости функции
- •Доказательство
- •Определение 2
- •1.3. Непрерывность и дифференцируемость функции
- •Теорема
- •Доказательство
- •Пример 1
- •Пример 2
- •Определение
- •1.4. Правила дифференцирования
- •Производная функции, тождественно равной постоянной
- •Производная суммы и разности функций
- •Доказательство
- •Производная произведения функций
- •Доказательство
- •Следствие
- •Доказательство
- •Производная частного
- •Доказательство
- •Теорема о производной обратной функции
- •Доказательство
- •Производная сложной функции
- •Доказательство
- •1.5. Производные основных элементарных функций
- •Доказательство
- •Производная экспоненциальной и показательной функций
- •Доказательство
- •Производная логарифмической функции
- •Доказательство
- •Производные тригонометрических функций
- •Доказательство
- •Производные обратных тригонометрических функций
- •Доказательство
- •Производные гиперболических функций
- •Доказательство
- •1.6. Примеры вычисления производных
- •Пример 1
- •Решение
- •Пример 2
- •Решение
- •Пример 3
- •Решение
- •Пример 4
- •Решение
- •Пример 5
- •Решение
- •1.7. Уравнение касательной к кривой. Угол между кривыми.
- •Уравнение касательной
- •Доказательство
- •Пример 1
- •Решение
- •Пример 2
- •Решение
- •Основная
- •Дополнительная
ЗАМЕЧАНИЕ 3
Так как дифференцируемость функции в некоторой точке равносильна существованию у нее конечной производной в этой точке, то операцию вычисления производной называют дифференцированием.
ЗАМЕЧАНИЕ 4
Если функция не имеет конечной производной в некоторой точке, то она называется не дифференцируемой в этой точке
Определение 2
Функция f (x) называется дифференцируемой на промежутке (a, b), если она является дифференцируемой в каждой точке x0 (a, b).
1.3. Непрерывность и дифференцируемость функции
Теорема
Если функция f (x) дифференцируема в точке x0 , то она непрерывна в этой точке.
Доказательство |
|
|
|
|
Из определения функции, дифференцируемой в |
точке x0 , |
следует, что |
ее |
|
приращение в этой точке можно представить в виде: |
|
|
|
|
y = f ′(x0 ) |
x + ϑ( x). |
f ′(x0 ) - конечное |
||
Переходя в этом равенстве к пределу при |
x → 0 и учитывая, что |
|||
число, а ϑ( x) - бесконечно малая при x → 0 функция, получим |
|
|
||
lim y = 0 . |
|
|
|
|
x→0 |
|
|
|
|
Следовательно, при бесконечно малом приращении |
x , приращение функции |
y |
||
тоже является бесконечно малым. Значит, функция f (x) непрерывна в точке x0 . |
|
|||
ЗАМЕЧАНИЕ 1 |
|
|
|
|
Обратное утверждение неверно. Непрерывная в точке |
x0 функция может не быть в этой |
точке дифференцируемой. Это можно показать на следующих примерах.
Пример 1
Функция y = 3 x (рис.2) определена и непрерывна на всей числовой оси. Однако в
точке x0 = 0 она не является дифференцируемой, так как ее производная y′ = |
1 в |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
3 x2 |
этой точке бесконечна. Касательная к графику функции в точке |
x0 = 0 перпендикулярна |
||||||||||||||
оси Ox . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Пример 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Функция y = |
|
x |
|
|
(рис.3) |
|
определена и непрерывна на всей числовой оси, а в точке |
||||||||
|
|
|
|||||||||||||
x0 = 0 она не является дифференцируемой, |
так как ее производная |
y′ в этой точке не |
|||||||||||||
существует. Действительно, |
|
y = x, |
x ≥ 0 y′ = 1, |
x ≥ 0 . |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− x, x < 0 |
−1, x < 0 |
|
|
|
||
То, что функция |
y = |
|
x |
|
не дифференцируема в точке x0 = 0 |
легко видеть из ее |
|||||||||
|
|
||||||||||||||
графика. При x < 0 |
касательной к |
графику |
является |
прямая |
y = −x , а при |
x > 0 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|