Пусть функция задана параметрическими уравнениями ,
тогда , или
Пример:
ТЕМА 7. Приложение производной
Пусть и , где -угол, образованный с положительным направлением оси ОХ касательной к кривой в точке с абсциссой .
Уравнение касательной к кривой в точке имеет вид:
, где -производная при .
Нормалью к кривой называется прямая, перпендикулярная касательной и проходящая через точку касания.
Уравнение нормали имеет вид
.
Угол между двумя кривыми и в точке их пересечения называется угол между касательными к этим кривым в точке . Этот угол находится по формуле
.
ТЕМА 8. Производные высших порядков
Если есть производная от функции , то производная от называется второй производной, или производной второго порядка и обозначается , или , или .
Аналогично определяются производные любого порядка:производная третьего порядка ; производная n-го порядка:
.
Для произведения двух функций можно получить производную любого n-го порядка, пользуясь формулой Лейбница:
|
|
Пример:
1)
ТЕМА 9. Вторая производная от неявной функции
-уравнение определяет , как неявную функцию от х.
а) определим ;
б) продифференцируем по х левую и правую части равенства ,
причем, дифференцируя функцию по переменной х, помним, что есть функция от х:
;
в) заменяя через , получим: и т.д.
Пример:
ТЕМА 10. Производные от функций, заданных параметрически
Пример:
Найти если .
ТЕМА 11. Дифференциалы первого и высших порядков
Дифференциалом первого порядка функции называется главная, линейная относительно аргумента часть. Дифференциалом аргумента называется приращение аргумента: .
Дифференциал функции равен произведению ее производной на дифференциал аргумента:
.
Основные свойства дифференциала:
где .
Если приращение аргумента мало по абсолютной величине, то и .
Таким образом, дифференциал функции может применяться для приближенных вычислений.
Дифференциалом второго порядка функции называется дифференциал от дифференциала первого порядка: .
Аналогично: .
.
Если и - независимая переменная, то дифференциалы высших порядков вычисляются по формулам
.
Пример.
Найти дифференциалы первого и второго порядков функции
ТЕМА 12. Вычисление пределов с помощью правила Лопиталя
Все вышеперечисленные пределы не использовали аппарат дифференциального исчисления. Однако, если необходимо найти
и при обе эти функции бесконечно малые или обе бесконечно большие, то их отношение не определено в точке и, следовательно, представляет собой неопределенность типа или соответственно. Поскольку это отношение в точке может иметь предел, конечный или бесконечный, то нахождение этого предела называется раскрытием неопределенности (правило Лопиталя Бернули),
|
|
и имеет место следующее равенство:
, если и .
1. (здесь имеет место неопределенность типа )=
= .
Аналогичное правило имеет место, если и , т.е. .
2. (неопределенность типа )
=
= .
Правило Лопиталя позволяет также раскрывать неопределенности типа и . Для вычисления , где - бесконечно малая, а - бесконечно большая при (раскрытие неопределенности типа ) следует преобразовать произведение к виду
(неопределенность типа ) или к виду (неопределенность типа ) и далее использовать правило Лапиталя.
3.
Для вычисления , где и - бесконечно большие при (раскрытие неопределенности типа ) следует преобразовать разность к виду , затем раскрыть неопределенность типа . Если , то .
Если же , то получается неопределенность типа (), которая раскрывается аналогично примеру 12).
4. .
Так как , то получим в итоге неопределенность типа и далее имеем
.
Правилом Лопиталя можно пользоваться также для раскрытия неопределенностей типа . В этих случаях имеется в виду вычисление предела выражения , где в случае есть бесконечно малая, в случае - бесконечно большая, а в случае - функция, предел которой равен единице.
Функция в первых двух случаях является бесконечно малой, а в последнем случае – бесконечно большой функцией.
Прежде чем искать предел таких выражений, их логарифмируют, т.е. если , то , затем находят предел , и после чего находят предел . Во всех перечисленных случаях является неопределенностью типа , которую раскрывают аналогично примеру 12).
5.
(воспользуемся правилом Лопиталя)=
= .
В этом произведении пределов первый равен 1, второй сомножитель представляет собой первый замечательный предел и он тоже равен 1, а последний сомножитель стремится к 0, следовательно:
и тогда .
6.
= ;
.
7. ;
= ;
.
8. ;
= ;
.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шипачев, В. С. Высшая математика: учеб. пособие для бакалавров / В.С. Шипачев; под ред. А.Н. Тихонова. - 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Юрайт, 2013. - 447 с.
2. Ильин, В. А. Высшая математика: учебник / В. А. Ильин, А. В. Куркина; Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Проспект, 2012. - 608 с.
3. Сборник задач по высшей математике. 2 курс / К.Н. Лунгу, В.П. Норин, Д.Т. Письменный и др.; под ред. С.Н. Федина. - 7-е изд. - М.: Айрис-пресс, 2009. - 592 с