Kompleksie atvasinājumi. Logaritmisks atvasinājums.
Jaudas atvasinājums eksponenciālā funkcija

Mēs turpinām uzlabot savu diferenciācijas tehniku. Šajā nodarbībā mēs apkoposim apskatīto materiālu, apskatīsim sarežģītākus atvasinājumus, kā arī iepazīsimies ar jauniem paņēmieniem un trikiem, kā atrast atvasinājumu, jo īpaši ar logaritmisko atvasinājumu.

Tiem lasītājiem, kuriem ir zems līmenis sagatavošanu, jums vajadzētu atsaukties uz rakstu Kā atrast atvasinājumu? Risinājumu piemēri, kas ļaus paaugstināt savas prasmes gandrīz no nulles. Tālāk jums rūpīgi jāizpēta lapa Sarežģītas funkcijas atvasinājums, saprast un atrisināt Visi manis sniegtie piemēri. Šī nodarbība loģiski ir trešā pēc kārtas, un pēc tās apguves jūs pārliecinoši atšķirsit diezgan sarežģītas funkcijas. Nav vēlams ieņemt pozīciju “Kur vēl? Jā, ar to pietiek!”, jo visi piemēri un risinājumi ir ņemti no patiesības testiem un ar tiem bieži saskaras praksē.

Sāksim ar atkārtošanu. Nodarbībā Sarežģītas funkcijas atvasinājums Mēs apskatījām vairākus piemērus ar detalizētiem komentāriem. Studējot diferenciālrēķinu un citas matemātiskās analīzes nozares, jums būs ļoti bieži jādiferencē, un piemērus ne vienmēr ir ērti (un ne vienmēr nepieciešams) aprakstīt ļoti detalizēti. Tāpēc praktizēsim atvasinājumu atrašanu mutiski. Tam vispiemērotākie “kandidāti” ir visvienkāršāko un sarežģīto funkciju atvasinājumi, piemēram:

Saskaņā ar diferenciācijas likumu sarežģīta funkcija :

Nākotnē apgūstot citas matāna tēmas, tik detalizēts ieraksts visbiežāk nav nepieciešams, tiek pieņemts, ka students zina, kā autopilotā atrast šādus atvasinājumus. Iedomāsimies, ka pulksten 3 no rīta bija a telefona zvans, un patīkama balss jautāja: "Kāds ir divu X pieskares atvasinājums?" Tam vajadzētu sekot gandrīz tūlītējai un pieklājīgai atbildei: .

Pirmais piemērs uzreiz būs paredzēts neatkarīgam risinājumam.

1. piemērs

Atrodiet šādus atvasinājumus mutiski, vienā darbībā, piemēram: . Lai pabeigtu uzdevumu, jums tikai jāizmanto elementāru funkciju atvasinājumu tabula(ja vēl neesat to atcerējies). Ja rodas grūtības, iesaku vēlreiz izlasīt nodarbību Sarežģītas funkcijas atvasinājums.

, , ,
, , ,
, , ,

, , ,

, , ,

, , ,

, ,

Atbildes nodarbības beigās

Kompleksie atvasinājumi

Pēc iepriekšējas artilērijas sagatavošanas piemēri ar 3-4-5 funkciju ligzdām būs mazāk biedējoši. Šie divi piemēri kādam var šķist sarežģīti, bet, ja jūs tos saprotat (kāds cietīs), tad gandrīz viss pārējais diferenciālrēķinos liksies kā bērnu joks.

2. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Kā jau minēts, meklējot sarežģītas funkcijas atvasinājumu, pirmkārt, tas ir nepieciešams Pa labi IZPROTIET savus ieguldījumus. Gadījumos, kad rodas šaubas, atgādinu noderīgs triks: mēs ņemam, piemēram, “x” eksperimentālo nozīmi un mēģinām (garīgi vai melnrakstā) aizstāt šo nozīmi ar “briesmīgo izteicienu”.

1) Vispirms mums ir jāaprēķina izteiksme, kas nozīmē, ka summa ir dziļākā iegulšana.

2) Tad jums jāaprēķina logaritms:

4) Pēc tam sagrieziet kosinusu kubā:

5) Piektajā solī atšķirība:

6) Un visbeidzot, ārējā funkcija ir Kvadrātsakne:

Formula sarežģītas funkcijas diferencēšanai tiks piemēroti apgrieztā secībā, no visvairāk ārējā funkcija, uz visdziļāko. Mēs nolemjam:

Šķiet, ka kļūdu nav...

(1) Ņem kvadrātsaknes atvasinājumu.

(2) Mēs ņemam starpības atvasinājumu, izmantojot noteikumu

(3) Trīskārša atvasinājums ir nulle. Otrajā termiņā mēs ņemam pakāpes atvasinājumu (kubu).

(4) Ņem kosinusa atvasinājumu.

(5) Ņem logaritma atvasinājumu.

(6) Un visbeidzot mēs ņemam dziļākās iegulšanas atvasinājumu.

Tas var šķist pārāk grūti, taču šis nav brutālākais piemērs. Ņemiet, piemēram, Kuzņecova kolekciju, un jūs novērtēsiet visu analizētā atvasinājuma skaistumu un vienkāršību. Es pamanīju, ka viņiem patīk eksāmenā dot līdzīgu lietu, lai pārbaudītu, vai students saprot, kā atrast sarežģītas funkcijas atvasinājumu, vai nesaprot.

Šis piemērs ir paredzēts, lai jūs atrisinātu pats.

3. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Padoms: vispirms piemērojam linearitātes noteikumus un produktu diferenciācijas likumu

Pilns risinājums un atbilde nodarbības beigās.

Ir pienācis laiks pāriet uz kaut ko mazāku un jaukāku.
Nereti piemērā tiek parādīts nevis divu, bet trīs funkciju reizinājums. Kā atrast trīs faktoru reizinājuma atvasinājumu?

4. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Vispirms paskatāmies, vai ir iespējams trīs funkciju reizinājumu pārvērst par divu funkciju reizinājumu? Piemēram, ja produktā būtu divi polinomi, tad mēs varētu atvērt iekavas. Bet aplūkotajā piemērā visas funkcijas ir atšķirīgas: pakāpe, eksponents un logaritms.

Šādos gadījumos tas ir nepieciešams secīgi piemērot produktu diferenciācijas noteikumu divreiz

Viltība ir tāda, ka ar “y” mēs apzīmējam divu funkciju reizinājumu: , un ar “ve” apzīmējam logaritmu: . Kāpēc to var izdarīt? Vai tiešām – tas nav divu faktoru rezultāts un noteikums nedarbojas?! Nav nekā sarežģīta:

Tagad atliek šo noteikumu piemērot otrreiz iekavās:

Varat arī sagriezties un kaut ko izlikt iekavās, taču šajā gadījumā labāk ir atstāt atbildi tieši šādā formā - to būs vieglāk pārbaudīt.

Aplūkoto piemēru var atrisināt otrā veidā:

Abi risinājumi ir absolūti līdzvērtīgi.

5. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Šis ir neatkarīga risinājuma piemērs, paraugā tas tiek atrisināts, izmantojot pirmo metodi.

Apskatīsim līdzīgus piemērus ar daļskaitļiem.

6. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Šeit varat doties vairākos veidos:

Vai arī šādi:

Bet risinājums tiks uzrakstīts kompaktāk, ja vispirms izmantosim koeficienta diferenciācijas likumu , ņemot visu skaitītāju:

Principā piemērs ir atrisināts, un, ja to atstāj kā ir, tā nebūs kļūda. Bet, ja jums ir laiks, vienmēr ir ieteicams pārbaudīt uzmetumu, lai redzētu, vai atbildi var vienkāršot? Reducēsim skaitītāja izteiksmi līdz kopsaucējam un tiksim vaļā no trīsstāvu frakcijas:

Papildu vienkāršojumu trūkums ir tāds, ka pastāv risks kļūdīties nevis atvasinājuma atrašanas laikā, bet gan banālu skolas pārveidojumu laikā. No otras puses, skolotāji bieži noraida uzdevumu un lūdz atvasinājumu “atvest pie prāta”.

Vienkāršāks piemērs, ko atrisināt patstāvīgi:

7. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Mēs turpinām apgūt atvasinājuma atrašanas metodes, un tagad mēs apsvērsim tipisku gadījumu, kad diferenciācijai tiek piedāvāts “briesmīgais” logaritms

8. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Šeit varat iet garu ceļu, izmantojot sarežģītu funkciju diferencēšanas noteikumu:

Bet pats pirmais solis uzreiz iegrimdina jūs izmisumā - jums ir jāņem nepatīkamais atvasinājums no daļskaitļa pakāpes un pēc tam arī no daļdaļas.

Tāpēc pirms tam kā ņemt “sarežģīta” logaritma atvasinājumu, vispirms tas tiek vienkāršots, izmantojot labi zināmas skolas īpašības:

! Ja jums ir piezīmju grāmatiņa, kopējiet šīs formulas tieši tur. Ja jums nav piezīmju grāmatiņas, nokopējiet tos uz papīra lapas, jo pārējie nodarbības piemēri būs ap šīm formulām.

Pašu risinājumu var uzrakstīt apmēram šādi:

Pārveidosim funkciju:

Atvasinājuma atrašana:

Pašas funkcijas iepriekšēja konvertēšana ievērojami vienkāršoja risinājumu. Tādējādi, ja diferencēšanai tiek piedāvāts līdzīgs logaritms, vienmēr ir ieteicams to “izjaukt”.

Un tagad daži vienkārši piemēri, ko varat atrisināt patstāvīgi:

9. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

10. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Visas pārvērtības un atbildes ir nodarbības beigās.

Logaritmisks atvasinājums

Ja logaritmu atvasinājums ir tik salda mūzika, tad rodas jautājums: vai dažos gadījumos ir iespējams logaritmu sakārtot mākslīgi? Var! Un pat nepieciešams.

11. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Mēs nesen aplūkojām līdzīgus piemērus. Ko darīt? Varat secīgi piemērot koeficienta diferenciācijas likumu un pēc tam produkta diferenciācijas likumu. Šīs metodes trūkums ir tāds, ka jūs iegūstat milzīgu trīsstāvu daļu, ar kuru jūs nemaz nevēlaties nodarboties.

Bet teorijā un praksē ir tāda brīnišķīga lieta kā logaritmiskais atvasinājums. Logaritmus var mākslīgi sakārtot, “pakarinot” tos abās pusēs:

Tagad jums pēc iespējas vairāk “jāizjauc” labās puses logaritms (formulas jūsu acu priekšā?). Es aprakstīšu šo procesu ļoti detalizēti:

Sāksim ar diferenciāciju.
Mēs noslēdzam abas daļas zem galvenā:

Labās puses atvasinājums ir diezgan vienkāršs, es to nekomentēšu, jo, lasot šo tekstu, jums ir jāspēj ar to rīkoties pārliecinoši.

Kā ar kreiso pusi?

Kreisajā pusē mums ir sarežģīta funkcija. Es paredzu jautājumu: "Kāpēc, vai zem logaritma ir viens burts "Y"?"

Fakts ir tāds, ka šī “viena burta spēle” - PATS IR FUNKCIJA(ja tas nav īsti skaidrs, skatiet rakstu Netieši norādītas funkcijas atvasinājums). Tāpēc logaritms ir ārēja funkcija, bet “y” ir iekšēja funkcija. Un mēs izmantojam noteikumu, lai atšķirtu sarežģītu funkciju :

Kreisajā pusē, it kā ar burvju mājienu burvju nūjiņa mums ir atvasinājums. Tālāk, saskaņā ar proporcijas likumu, mēs pārnesam “y” no kreisās puses saucēja uz labās puses augšdaļu:

Un tagad atcerēsimies, par kādu “spēlētāja” funkciju mēs runājām diferenciācijas laikā? Apskatīsim nosacījumu:

Galīgā atbilde:

12. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Šis ir piemērs, ko varat atrisināt patstāvīgi. Šāda veida parauga dizaina paraugs atrodas nodarbības beigās.

Izmantojot logaritmisko atvasinājumu, bija iespējams atrisināt jebkuru no piemēriem Nr.4-7, cita lieta, ka funkcijas tur ir vienkāršākas, un, iespējams, logaritmiskā atvasinājuma izmantošana nav īpaši pamatota.

Jaudas eksponenciālās funkcijas atvasinājums

Mēs vēl neesam apsvēruši šo funkciju. Jaudas eksponenciāla funkcija ir funkcija, kurai gan grāds, gan bāze ir atkarīgi no “x”. Klasisks piemērs, kas jums tiks sniegts jebkurā mācību grāmatā vai lekcijā:

Kā atrast jaudas eksponenciālās funkcijas atvasinājumu?

Ir nepieciešams izmantot tikko apspriesto paņēmienu - logaritmisko atvasinājumu. Mēs piekarinām logaritmus abās pusēs:

Parasti labajā pusē grāds tiek izņemts no logaritma:

Rezultātā labajā pusē ir divu funkciju reizinājums, kas tiks diferencēts pēc standarta formulas .

Mēs atrodam atvasinājumu; lai to izdarītu, mēs ievietojam abas daļas zem triepieniem:

Turpmākās darbības ir vienkāršas:

Visbeidzot:

Ja kāds pārveidojums nav līdz galam skaidrs, lūdzu, vēlreiz rūpīgi izlasiet 11. piemēra skaidrojumus.

Praktiskajos uzdevumos jaudas eksponenciālā funkcija vienmēr būs sarežģītāka nekā aplūkotais lekcijas piemērs.

13. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Mēs izmantojam logaritmisko atvasinājumu.

Labajā pusē ir konstante un divu faktoru reizinājums - “x” un “logaritma x logaritms” (zem logaritma ir ligzdots cits logaritms). Atšķirot, kā mēs atceramies, labāk ir nekavējoties pārvietot konstanti no atvasinājuma zīmes, lai tas netraucētu; un, protams, mēs izmantojam pazīstamo noteikumu :

Kā redzat, logaritmiskā atvasinājuma izmantošanas algoritms nesatur nekādus īpašus trikus vai trikus, un jaudas eksponenciālās funkcijas atvasinājuma atrašana parasti nav saistīta ar “mocībām”.

Sarežģītas funkcijas atvasinājums. Risinājumu piemēri

Šajā nodarbībā mēs uzzināsim, kā atrast kompleksas funkcijas atvasinājums. Nodarbība ir loģisks stundas turpinājums Kā atrast atvasinājumu?, kurā apskatījām vienkāršākos atvasinājumus, kā arī iepazināmies ar diferenciācijas noteikumiem un dažiem tehniskajiem paņēmieniem atvasinājumu atrašanai. Tādējādi, ja jūs ne pārāk labi lietojat funkciju atvasinājumus vai daži šī raksta punkti nav pilnīgi skaidri, vispirms izlasiet iepriekš minēto nodarbību. Lūdzu, noskaņojieties nopietni - materiāls nav vienkāršs, bet es tomēr centīšos to pasniegt vienkārši un skaidri.

Praksē ar sarežģītas funkcijas atvasinājumu nākas saskarties ļoti bieži, es pat teiktu, gandrīz vienmēr, kad tiek doti uzdevumi atrast atvasinājumus.

Mēs aplūkojam tabulu pie noteikuma (Nr. 5) sarežģītas funkcijas diferencēšanai:

Izdomāsim. Vispirms pievērsīsim uzmanību ierakstam. Šeit mums ir divas funkcijas - un , un funkcija, tēlaini izsakoties, ir ligzdota funkcijā . Šāda veida funkciju (kad viena funkcija ir ligzdota citā) sauc par komplekso funkciju.

Es izsaukšu funkciju ārējā funkcija un funkcija – iekšējā (vai ligzdotā) funkcija.

! Šīs definīcijas nav teorētiskas, un tām nevajadzētu parādīties uzdevumu galīgajā noformējumā. Es lietoju neformālus izteicienus “ārējā funkcija”, “iekšējā” funkcija tikai tāpēc, lai jums būtu vieglāk saprast materiālu.

Lai noskaidrotu situāciju, apsveriet:

1. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Zem sinusa mums ir ne tikai burts “X”, bet visa izteiksme, tāpēc atvasinājuma atrašana uzreiz no tabulas nedarbosies. Mēs arī pamanām, ka šeit nav iespējams piemērot pirmos četrus noteikumus, šķiet, ka ir atšķirība, taču fakts ir tāds, ka sinusu nevar “saplēst gabalos”:

Šajā piemērā no maniem paskaidrojumiem jau intuitīvi ir skaidrs, ka funkcija ir sarežģīta funkcija, bet polinoms ir iekšējā funkcija (iegulšana) un ārējā funkcija.

Pirmais solis kas jums jādara, atrodot sarežģītas funkcijas atvasinājumu, ir saprast, kura funkcija ir iekšēja un kura ir ārēja.

Kad vienkāršus piemērusŠķiet skaidrs, ka polinoms ir iegults zem sinusa. Bet ko darīt, ja viss nav acīmredzams? Kā precīzi noteikt, kura funkcija ir ārēja un kura iekšēja? Lai to izdarītu, es iesaku izmantot šādu paņēmienu, ko var izdarīt garīgi vai melnrakstā.

Iedomāsimies, ka mums ir jāaprēķina izteiksmes vērtība kalkulatorā (viena vietā var būt jebkurš skaitlis).

Ko mēs aprēķināsim vispirms? Pirmkārt jums būs jāveic šāda darbība: , tāpēc polinoms būs iekšēja funkcija:

Otrkārt būs jāatrod, tātad sinuss – būs ārēja funkcija:

Pēc tam, kad mēs IZPĀRDOTS Ar iekšējām un ārējām funkcijām ir pienācis laiks piemērot sarežģītu funkciju diferenciācijas noteikumu.

Sāksim lemt. No klases Kā atrast atvasinājumu? mēs atceramies, ka jebkura atvasinājuma risinājuma izstrāde vienmēr sākas šādi - izteiksmi ievietojam iekavās un augšējā labajā stūrī ievietojam insultu:

Vispirms atrodiet ārējās funkcijas (sinusa) atvasinājumu, apskatiet atvasinājumu tabulu elementāras funkcijas un mēs to pamanām. Visas tabulas formulas ir piemērojamas arī tad, ja “x” tiek aizstāts ar sarežģītu izteiksmi, šajā gadījumā:

Lūdzu, ņemiet vērā, ka iekšējā funkcija nav mainījies, mēs to neaiztiekam.

Nu, tas ir pilnīgi skaidrs

Formulas piemērošanas gala rezultāts izskatās šādi:

Pastāvīgais koeficients parasti tiek ievietots izteiksmes sākumā:

Ja rodas kāds pārpratums, pierakstiet risinājumu uz papīra un vēlreiz izlasiet paskaidrojumus.

2. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

3. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Kā vienmēr, mēs pierakstām:

Noskaidrosim, kur mums ir ārēja funkcija un kur iekšēja. Lai to izdarītu, mēs mēģinām (garīgi vai melnrakstā) aprēķināt izteiksmes vērtību pie . Kas jums jādara vispirms? Pirmkārt, jums jāaprēķina, ar ko ir vienāda bāze: tāpēc polinoms ir iekšējā funkcija:

Un tikai pēc tam tiek veikta eksponēšana, tāpēc jaudas funkcija ir ārēja funkcija:

Saskaņā ar formulu vispirms jāatrod ārējās funkcijas atvasinājums, šajā gadījumā pakāpe. Tabulā meklējam nepieciešamo formulu: . Mēs atkārtojam vēlreiz: jebkura tabulas formula ir derīga ne tikai “X”, bet arī sarežģītai izteiksmei. Tādējādi sarežģītas funkcijas diferencēšanas noteikuma piemērošanas rezultāts ir šāds:

Es vēlreiz uzsveru, ka, ņemot ārējās funkcijas atvasinājumu, mūsu iekšējā funkcija nemainās:

Tagad atliek tikai atrast ļoti vienkāršu iekšējās funkcijas atvasinājumu un nedaudz pielāgot rezultātu:

4. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Šis ir piemērs, kas jārisina pašam (atbilde nodarbības beigās).

Lai nostiprinātu jūsu izpratni par sarežģītas funkcijas atvasinājumu, es sniegšu piemēru bez komentāriem, mēģiniet to izdomāt pats, pamatojiet, kur ir ārējā un kur iekšējā funkcija, kāpēc uzdevumi tiek risināti šādi?

5. piemērs

a) Atrodiet funkcijas atvasinājumu

b) Atrodi funkcijas atvasinājumu

6. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Šeit mums ir sakne, un, lai atšķirtu sakni, tā ir jāattēlo kā spēks. Tādējādi vispirms mēs ievedam funkciju diferencēšanai piemērotā formā:

Analizējot funkciju, mēs nonākam pie secinājuma, ka trīs terminu summa ir iekšēja funkcija, bet paaugstināšana līdz pakāpei ir ārēja funkcija. Mēs piemērojam sarežģītu funkciju diferenciācijas likumu:

Mēs atkal attēlojam pakāpi kā radikāli (sakni), un iekšējās funkcijas atvasinājumam mēs izmantojam vienkāršu noteikumu summas diferencēšanai:

Gatavs. Varat arī samazināt izteiksmi līdz kopsaucējam iekavās un pierakstīt visu kā vienu daļskaitli. Tas, protams, ir skaisti, bet, ja iegūstat apgrūtinošus garus atvasinājumus, labāk to nedarīt (ir viegli apjukt, pieļaut nevajadzīgu kļūdu, un skolotājam to būs neērti pārbaudīt).

7. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Šis ir piemērs, kas jārisina pašam (atbilde nodarbības beigās).

Interesanti atzīmēt, ka dažreiz kompleksas funkcijas diferencēšanas noteikuma vietā varat izmantot koeficienta diferencēšanas noteikumu. , bet šāds risinājums izskatīsies pēc smieklīgas perversijas. Šeit ir tipisks piemērs:

8. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Šeit var izmantot koeficienta diferenciācijas likumu , bet daudz izdevīgāk ir atrast atvasinājumu, izmantojot sarežģītas funkcijas diferenciācijas likumu:

Sagatavojam funkciju diferencēšanai - izņemam mīnusu no atvasinājuma zīmes un paaugstinām kosinusu skaitītājā:

Kosinuss ir iekšēja funkcija, kāpināšana ir ārēja funkcija.
Izmantosim mūsu noteikumu:

Mēs atrodam iekšējās funkcijas atvasinājumu un atiestatām kosinusu atpakaļ uz leju:

Gatavs. Aplūkotajā piemērā ir svarīgi neapjukt zīmēs. Starp citu, mēģiniet to atrisināt, izmantojot noteikumu , atbildēm ir jāsakrīt.

9. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Šis ir piemērs, kas jārisina pašam (atbilde nodarbības beigās).

Līdz šim mēs esam izskatījuši gadījumus, kad sarežģītā funkcijā mums bija tikai viena ligzda. Praktiskajos uzdevumos bieži var atrast atvasinājumus, kur, tāpat kā ligzdošanas lellēm, viena otrā tiek ligzdotas uzreiz 3 vai pat 4-5 funkcijas.

10. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Izpratīsim šīs funkcijas pielikumus. Mēģināsim aprēķināt izteiksmi, izmantojot eksperimentālo vērtību. Kā mēs rēķināmies ar kalkulatoru?

Vispirms jums ir jāatrod , kas nozīmē, ka arksīns ir dziļākā iegulšana:

Pēc tam šis arksinuss ir jāizliek kvadrātā:

Un visbeidzot mēs paaugstinām septiņus līdz jaudām:

Tas ir, šajā piemērā mums ir trīs dažādas funkcijas un divas iegulšanas, savukārt iekšējā funkcija ir arcsinuss, bet ārējā funkcija ir eksponenciālā funkcija.

Sāksim lemt

Saskaņā ar likumu vispirms ir jāņem ārējās funkcijas atvasinājums. Mēs skatāmies uz atvasinājumu tabulu un atrodam eksponenciālās funkcijas atvasinājumu: Vienīgā atšķirība ir tā, ka “x” vietā mums ir sarežģīta izteiksme, kas nenoliedz šīs formulas derīgumu. Tātad sarežģītas funkcijas diferencēšanas noteikuma piemērošanas rezultāts ir šāds:

Zem insulta mums atkal ir sarežģīta funkcija! Bet tas jau ir vienkāršāk. Ir viegli pārbaudīt, vai iekšējā funkcija ir arcsīns, bet ārējā funkcija ir pakāpe. Saskaņā ar noteikumu par sarežģītas funkcijas diferenciāciju vispirms ir jāņem jaudas atvasinājums.

“Vecajās” mācību grāmatās to sauc arī par “ķēdes” likumu. Tātad ja y = f (u) un u = φ (x), tas ir

y = f (φ (x))

komplekss - saliktā funkcija (funkciju sastāvs) tad

Kur , pēc aprēķina tiek uzskatīts plkst u = φ (x).

Ņemiet vērā, ka šeit mēs paņēmām “dažādas” kompozīcijas no tām pašām funkcijām, un diferenciācijas rezultāts, protams, izrādījās atkarīgs no “sajaukšanas” secības.

Ķēdes noteikums, protams, attiecas uz kompozīcijām ar trīs vai vairākām funkcijām. Šajā gadījumā atvasinājumu veidojošajā “ķēdē” būs trīs vai vairākas “saites”. Šeit ir līdzība ar reizināšanu: “mums ir” atvasinājumu tabula; “tur” - reizināšanas tabula; “ar mums” ir ķēdes noteikums, un “tur” ir “kolonnas” reizināšanas noteikums. Aprēķinot šādus “sarežģītus” atvasinājumus, palīgargumenti (u¸v utt.), protams, netiek ieviesti, taču, paši atzīmējot kompozīcijā iesaistīto funkciju skaitu un secību, tiek “savērtas” atbilstošās saites. norādītajā kārtībā.

. Šeit ar “x”, lai iegūtu “y” vērtību, tiek veiktas piecas darbības, tas ir, ir piecu funkciju sastāvs: “ārējā” (pēdējā no tām) - eksponenciāls - e  ; tad apgrieztā secībā, jauda. (♦) 2 ; trigonometriskais grēks(); nomierinošs. () 3 un visbeidzot logaritmiskais ln.(). Tāpēc

Ar šādiem piemēriem mēs “nogalināsim pāris putnu ar vienu akmeni”: praktizēsim sarežģītu funkciju diferenciāciju un papildināsim elementāro funkciju atvasinājumu tabulu. Tātad:

4. Jaudas funkcijai - y = x α - to pārrakstot, izmantojot labi zināmo “pamata logaritmiskā identitāte" - b=e ln b - formā x α = x α ln x mēs iegūstam

5. Patvaļīgai eksponenciālai funkcijai, izmantojot to pašu paņēmienu, kas mums būs

6. Patvaļīgai logaritmiskai funkcijai, izmantojot labi zināmo formulu pārejai uz jaunu bāzi, mēs konsekventi iegūstam

.

7. Lai diferencētu tangensu (kotangensu), mēs izmantojam koeficientu diferencēšanas noteikumu:

Lai iegūtu apgriezto trigonometrisko funkciju atvasinājumus, mēs izmantojam sakarību, kuru apmierina divu savstarpēji apgrieztu funkciju atvasinājumi, tas ir, ar relācijām saistītās funkcijas φ (x) un f (x):

Šī ir attiecība

Tas ir no šīs formulas savstarpēji apgrieztām funkcijām

Un
,

Visbeidzot, apkoposim šos un dažus citus atvasinājumus, kas arī ir viegli iegūstami nākamajā tabulā.

Pirmais līmenis

Funkcijas atvasinājums. Visaptverošs ceļvedis (2019)

Iedomāsimies taisnu ceļu, kas iet cauri paugurainam. Tas ir, tas iet uz augšu un uz leju, bet negriežas ne pa labi, ne pa kreisi. Ja ass ir vērsta horizontāli gar ceļu un vertikāli, tad ceļa līnija būs ļoti līdzīga kādas nepārtrauktas funkcijas grafikam:

Ass ir noteikts nulles augstuma līmenis; dzīvē mēs izmantojam jūras līmeni kā to.

Pa šādu ceļu virzoties uz priekšu, mēs arī virzāmies uz augšu vai uz leju. Var arī teikt: mainoties argumentam (kustība pa abscisu asi), mainās funkcijas vērtība (kustība pa ordinātu asi). Tagad padomāsim, kā noteikt mūsu ceļa “stāvumu”? Kāda tā varētu būt vērtība? Tas ir ļoti vienkārši: cik daudz mainīsies augstums, virzoties uz priekšu noteiktu attālumu. Patiešām, dažādos ceļa posmos, virzoties uz priekšu (pa x asi) par vienu kilometru, mēs pacelsimies vai kritīsimies par atšķirīgu metru skaitu attiecībā pret jūras līmeni (pa y asi).

Apzīmēsim progresu (lasiet “delta x”).

Grieķu burtu (delta) matemātikā parasti izmanto kā prefiksu, kas nozīmē "izmaiņas". Tas ir - tas ir daudzuma izmaiņas, - izmaiņas; tad kas tas ir? Tieši tā, lieluma izmaiņas.

Svarīgi: izteiksme ir viens vesels, viens mainīgais. Nekad neatdaliet “delta” no “x” vai jebkura cita burta! Tas ir, piemēram,.

Tātad, mēs esam virzījušies uz priekšu, horizontāli, par. Ja salīdzinām ceļa līniju ar funkcijas grafiku, tad kā apzīmēsim kāpumu? Noteikti,. Tas ir, virzoties uz priekšu, mēs paceļamies augstāk.

Vērtību ir viegli aprēķināt: ja sākumā bijām augstumā un pēc pārvietošanās atradāmies augstumā, tad. Ja beigu punkts ir zemāks par sākuma punktu, tas būs negatīvs – tas nozīmē, ka mēs nevis ejam augšup, bet gan lejup.

Atgriezīsimies pie "stāvuma": šī ir vērtība, kas parāda, cik (strauji) augstums palielinās, virzoties uz priekšu par vienu attāluma vienību:

Pieņemsim, ka kādā ceļa posmā, virzoties uz priekšu par kilometru, ceļš paceļas par kilometru uz augšu. Tad slīpums šajā vietā ir vienāds. Un ja ceļš, virzoties uz priekšu par m, nokritās par km? Tad slīpums ir vienāds.

Tagad paskatīsimies uz kalna virsotni. Ja paņem posma sākumu puskilometru pirms virsotnes, bet beigas puskilometru pēc tās, tad var redzēt, ka augstums ir gandrīz vienāds.

Tas ir, saskaņā ar mūsu loģiku, izrādās, ka slīpums šeit ir gandrīz vienāds ar nulli, kas acīmredzami nav taisnība. Nedaudz vairāk kā kilometru attālumā daudz kas var mainīties. Nepieciešams apsvērt mazākas platības, lai adekvātāk un precīzāk novērtētu stāvumu. Piemēram, ja mērīsit augstuma izmaiņas, pārvietojoties vienu metru, rezultāts būs daudz precīzāks. Bet pat ar šo precizitāti mums var nepietikt – galu galā, ja ceļa vidū ir stabs, varam vienkārši pabraukt tam garām. Kādu attālumu tad izvēlēties? Centimetrs? Milimetrs? Mazāk ir labāk!

IN īsta dzīve Attālumu mērīšana līdz tuvākajam milimetram ir vairāk nekā pietiekami. Bet matemātiķi vienmēr tiecas pēc pilnības. Tāpēc koncepcija tika izgudrota bezgala mazs, tas ir, absolūtā vērtība ir mazāka par jebkuru skaitli, ko varam nosaukt. Piemēram, jūs sakāt: viena triljonā daļa! Cik mazāk? Un jūs dalāt šo skaitli ar - un tas būs vēl mazāks. Un tā tālāk. Ja mēs vēlamies rakstīt, ka daudzums ir bezgalīgi mazs, mēs rakstām šādi: (lasām “x mēdz uz nulli”). Ir ļoti svarīgi saprast ka šis skaitlis nav nulle! Bet ļoti tuvu tam. Tas nozīmē, ka jūs varat dalīt ar to.

Jēdziens, kas ir pretējs bezgalīgi mazam, ir bezgalīgi liels (). Jūs, iespējams, jau esat ar to saskārušies, strādājot pie nevienlīdzības: šis skaitlis ir moduli lielāks par jebkuru skaitli, ko varat iedomāties. Ja izdomājat lielāko iespējamo skaitli, vienkārši reiziniet to ar divi, un jūs iegūsit vēl lielāku skaitli. Un bezgalība ir vēl lielāka par to, kas notiek. Faktiski bezgalīgi lielais un bezgalīgi mazais ir viens otra apgriezti, tas ir, pie un otrādi: pie.

Tagad atgriezīsimies pie sava ceļa. Ideāli aprēķinātais slīpums ir slīpums, kas aprēķināts bezgalīgi mazam ceļa segmentam, tas ir:

Es atzīmēju, ka ar bezgalīgi mazu nobīdi arī augstuma izmaiņas būs bezgalīgi mazas. Bet ļaujiet man atgādināt, ka bezgalīgi mazs nenozīmē vienāds ar nulli. Ja bezgalīgi mazus skaitļus sadala vienu ar otru, var iegūt pilnīgi parastu skaitli, piemēram, . Tas ir, viena maza vērtība var būt tieši reizes lielāka par citu.

Priekš kam tas viss? Ceļš, stāvums... Mēs neejam uz autoralliju, bet mācām matemātiku. Un matemātikā viss ir tieši tāpat, tikai sauc savādāk.

Atvasinājuma jēdziens

Funkcijas atvasinājums ir funkcijas pieauguma attiecība pret argumenta pieaugumu bezgalīgi mazam argumenta pieaugumam.

Pakāpeniski matemātikā viņi sauc pārmaiņas. Tiek izsaukts, cik lielā mērā arguments () mainās, pārvietojoties pa asi argumentu pieaugums un ir apzīmēts.Tiek izsaukta funkcija (augstums), virzoties uz priekšu pa asi par attālumu funkcijas pieaugums un ir norādīts.

Tātad funkcijas atvasinājums ir attiecība pret kad. Mēs apzīmējam atvasinājumu ar tādu pašu burtu kā funkcija, tikai ar pirmskaitli augšējā labajā stūrī: vai vienkārši. Tātad, rakstīsim atvasināto formulu, izmantojot šos apzīmējumus:

Tāpat kā analoģijā ar ceļu, šeit, kad funkcija palielinās, atvasinājums ir pozitīvs, un, kad tas samazinās, tas ir negatīvs.

Vai atvasinājums var būt vienāds ar nulli? Noteikti. Piemēram, ja braucam pa līdzenu horizontālu ceļu, stāvums ir nulle. Un tā ir taisnība, augstums nemaz nemainās. Tā tas ir ar atvasinājumu: nemainīgas funkcijas (konstantes) atvasinājums ir vienāds ar nulli:

jo šādas funkcijas pieaugums ir vienāds ar nulli jebkurai.

Atcerēsimies piemēru kalna galā. Izrādījās, ka segmenta galus bija iespējams sakārtot virsotnes pretējās pusēs tā, lai augstums galos būtu vienāds, tas ir, segments ir paralēls asij:

Bet lieli segmenti liecina par neprecīzu mērījumu. Mēs pacelsim savu segmentu uz augšu paralēli sev, tad tā garums samazināsies.

Galu galā, kad esam bezgalīgi tuvu augšai, segmenta garums kļūs bezgalīgi mazs. Bet tajā pašā laikā tas palika paralēli asij, tas ir, augstuma starpība tās galos ir vienāda ar nulli (tā nemēdz, bet ir vienāda ar). Tātad atvasinājums

To var saprast tā: kad mēs stāvam pašā augšā, neliela nobīde pa kreisi vai pa labi maina mūsu augumu niecīgi.

Ir arī tīri algebrisks skaidrojums: pa kreisi no virsotnes funkcija palielinās, bet pa labi - samazinās. Kā mēs noskaidrojām iepriekš, kad funkcija palielinās, atvasinājums ir pozitīvs, un, kad tas samazinās, tas ir negatīvs. Bet mainās raiti, bez lēcieniem (jo ceļš nekur krasi nemaina savu slīpumu). Tāpēc ir jābūt starp negatīvām un pozitīvajām vērtībām. Tā būs vieta, kur funkcija ne palielinās, ne samazinās – virsotnes punktā.

Tas pats attiecas uz sile (laukums, kurā funkcija kreisajā pusē samazinās un labajā pusē palielinās):

Nedaudz vairāk par pieaugumu.

Tāpēc mēs mainām argumentu uz lielumu. No kādas vērtības mēs maināmies? Par ko tas (arguments) tagad ir kļuvis? Mēs varam izvēlēties jebkuru punktu, un tagad mēs dejosim no tā.

Apsveriet punktu ar koordinātu. Funkcijas vērtība tajā ir vienāda. Tad mēs veicam to pašu pieaugumu: mēs palielinām koordinātu par. Kāds tagad ir arguments? Ļoti viegli: . Kāda tagad ir funkcijas vērtība? Kur atrodas arguments, arī funkcija: . Kā ar funkciju pieaugumu? Nekas jauns: šī joprojām ir summa, par kādu funkcija ir mainījusies:

Praktizējiet pieauguma atrašanu:

1. Atrodiet funkcijas pieaugumu punktā, kad argumenta pieaugums ir vienāds ar.
2. Tas pats attiecas uz funkciju punktā.

Risinājumi:

Dažādos punktos ar vienu un to pašu argumenta pieaugumu funkcijas pieaugums būs atšķirīgs. Tas nozīmē, ka atvasinājums katrā punktā ir atšķirīgs (mēs to apspriedām pašā sākumā - ceļa stāvums dažādos punktos ir atšķirīgs). Tāpēc, rakstot atvasinājumu, mums jānorāda, kurā brīdī:

Jaudas funkcija.

Jaudas funkcija ir funkcija, kurā arguments ir zināmā mērā (loģisks, vai ne?).

Turklāt - jebkurā mērā: .

Vienkāršākais gadījums ir, ja eksponents ir:

Atradīsim tā atvasinājumu punktā. Atcerēsimies atvasinājuma definīciju:

Tātad arguments mainās no uz. Kāds ir funkcijas pieaugums?

Pieaugums ir šis. Bet funkcija jebkurā punktā ir vienāda ar tās argumentu. Tāpēc:

Atvasinājums ir vienāds ar:

Atvasinājums ir vienāds ar:

b) Tagad apsveriet kvadrātiskā funkcija (): .

Tagad atcerēsimies to. Tas nozīmē, ka pieauguma vērtību var neņemt vērā, jo tā ir bezgalīgi maza un līdz ar to nenozīmīga uz cita termina fona:

Tātad, mēs izdomājām citu noteikumu:

c) Turpinām loģisko sēriju: .

Šo izteiksmi var vienkāršot dažādos veidos: atveriet pirmo iekavu, izmantojot formulu summas kuba saīsinātai reizināšanai, vai faktorizējiet visu izteiksmi, izmantojot kubu starpības formulu. Mēģiniet to izdarīt pats, izmantojot kādu no ieteiktajām metodēm.

Tātad, es saņēmu sekojošo:

Un atkal atcerēsimies to. Tas nozīmē, ka mēs varam neņemt vērā visus terminus, kas satur:

Mēs iegūstam:.

d) Līdzīgus noteikumus var iegūt lielām jaudām:

e) Izrādās, ka šo noteikumu var vispārināt jaudas funkcijai ar patvaļīgu eksponentu, pat ne veselu skaitli:

(2)

Noteikumu var formulēt ar vārdiem: “pakāpe tiek virzīta uz priekšu kā koeficients un pēc tam samazināta par ”.

Šo noteikumu mēs pierādīsim vēlāk (gandrīz pašās beigās). Tagad apskatīsim dažus piemērus. Atrodiet funkciju atvasinājumu:

1. (divos veidos: pēc formulas un izmantojot atvasinājuma definīciju - aprēķinot funkcijas pieaugumu);

1. . Ticiet vai nē, šī ir jaudas funkcija. Ja jums ir jautājumi, piemēram, “Kā tas ir? Kur ir grāds?”, atceries tēmu “”!
   Jā, jā, arī sakne ir grāds, tikai daļskaitlis: .
   Tas nozīmē, ka mūsu kvadrātsakne ir tikai pakāpe ar eksponentu:
   .
   Mēs meklējam atvasinājumu, izmantojot nesen apgūto formulu:

   Ja šajā brīdī atkal kļūst neskaidrs, atkārtojiet tēmu “”!!! (apmēram grāds ar negatīvu eksponentu)

2. . Tagad eksponents:

   Un tagad, izmantojot definīciju (vai jūs jau esat aizmirsis?):
   ;
   .
   Tagad, kā parasti, mēs neņemam vērā terminu, kas satur:
   .

3. . Iepriekšējo gadījumu kombinācija: .

Trigonometriskās funkcijas.

Šeit mēs izmantosim vienu faktu no augstākās matemātikas:

Ar izteiksmi.

Pierādījumus apgūsit institūta pirmajā kursā (un, lai tur nokļūtu, labi jānokārto vienotais valsts eksāmens). Tagad es to parādīšu tikai grafiski:

Mēs redzam, ka tad, kad funkcija neeksistē - punkts grafikā tiek izgriezts. Bet jo tuvāk vērtībai, jo tuvāk funkcija ir. Tas ir “mērķis”.

Turklāt jūs varat pārbaudīt šo noteikumu, izmantojot kalkulatoru. Jā, jā, nekautrējies, paņem kalkulatoru, mēs vēl neesam vienotajā valsts eksāmenā.

Tātad, mēģināsim: ;

Neaizmirstiet pārslēgt savu kalkulatoru uz Radiānu režīmu!

utt. Mēs redzam, ka jo mazāka, jo tuvāka ir koeficienta vērtība.

a) Apsveriet funkciju. Kā parasti, noskaidrosim tā pieaugumu:

Pārvērtīsim sinusu starpību reizinājumā. Lai to izdarītu, mēs izmantojam formulu (atcerieties tēmu “”): .

Tagad atvasinājums:

Veiksim nomaiņu: . Tad bezgalīgi mazam tas ir arī bezgalīgi mazs: . Izteiksmei ir šāda forma:

Un tagad mēs to atceramies ar izteicienu. Un arī, ja summā (tas ir, pie) var neņemt vērā bezgalīgi mazu lielumu.

Tātad, mēs iegūstam šādu noteikumu: sinusa atvasinājums ir vienāds ar kosinusu:

Tie ir pamata (“tabulas”) atvasinājumi. Šeit tie ir vienā sarakstā:

Vēlāk mēs tiem pievienosim vēl dažus, taču tie ir vissvarīgākie, jo tie tiek izmantoti visbiežāk.

Prakse:

1. Atrast funkcijas atvasinājumu punktā;
2. Atrodiet funkcijas atvasinājumu.

Risinājumi:

1. Pirmkārt, atradīsim atvasinājumu vispārējs skats, un pēc tam aizstājiet tā vērtību:
   ;
   .
2. Šeit mums ir kaut kas līdzīgs jaudas funkcija. Mēģināsim viņu pievest
   normāls skats:
   .
   Lieliski, tagad varat izmantot formulu:
   .
   .
3. . Eeeeeee... Kas tas ir????

Labi, jums ir taisnība, mēs vēl nezinām, kā atrast šādus atvasinājumus. Šeit mums ir vairāku veidu funkciju kombinācija. Lai strādātu ar viņiem, jums jāapgūst vēl daži noteikumi:

Eksponents un naturālais logaritms.

Matemātikā ir funkcija, kuras atvasinājums jebkurai vērtībai vienlaikus ir vienāds ar pašas funkcijas vērtību. To sauc par “eksponentu”, un tā ir eksponenciāla funkcija

Šīs funkcijas pamatā ir konstante – tā ir bezgalīga decimālzīme, tas ir, iracionāls skaitlis (piemēram,). To sauc par Eilera numuru, tāpēc to apzīmē ar burtu.

Tātad, noteikums:

Ļoti viegli atcerēties.

Neejam tālu, apskatīsim to uzreiz apgrieztā funkcija. Kura funkcija ir eksponenciālās funkcijas apgrieztā vērtība? Logaritms:

Mūsu gadījumā bāze ir skaitlis:

Šādu logaritmu (tas ir, logaritmu ar bāzi) sauc par “dabisku”, un mēs tam izmantojam īpašu apzīmējumu: tā vietā rakstām.

Ar ko tas ir vienāds? Protams, .

Arī dabiskā logaritma atvasinājums ir ļoti vienkāršs:

Piemēri:

1. Atrodiet funkcijas atvasinājumu.
2. Kāds ir funkcijas atvasinājums?

Atbildes: Izstādes dalībnieks un naturālais logaritms- funkcijas ir unikāli vienkāršas atvasinājumu ziņā. Eksponenciālajām un logaritmiskajām funkcijām ar jebkuru citu bāzi būs atšķirīgs atvasinājums, ko mēs analizēsim vēlāk, kad būsiet cauri diferencēšanas noteikumiem.

Diferencēšanas noteikumi

Noteikumi par ko? Atkal jauns termins, atkal?!...

Diferencēšana ir atvasinājuma atrašanas process.

Tas ir viss. Kā vēl vienā vārdā var nosaukt šo procesu? Nav atvasinājums... Matemātiķi diferenciāli sauc par tādu pašu funkcijas pieaugumu pie. Šis termins cēlies no latīņu vārda differentia – atšķirība. Šeit.

Atvasinot visus šos noteikumus, mēs izmantosim divas funkcijas, piemēram, un. Mums būs nepieciešamas arī formulas to palielināšanai:

Kopumā ir 5 noteikumi.

Konstante tiek izņemta no atvasinātās zīmes.

Ja - kāds konstants skaitlis (konstante), tad.

Acīmredzot šis noteikums darbojas arī attiecībā uz atšķirību: .

Pierādīsim to. Lai tas būtu vai vienkāršāk.

Piemēri.

Atrodiet funkciju atvasinājumus:

1. punktā;
2. punktā;
3. punktā;
4. punktā.

Risinājumi:

1. (atvasinājums visos punktos ir vienāds, jo šis lineārā funkcija, atceries?);

Produkta atvasinājums

Šeit viss ir līdzīgi: ieviesīsim jaunu funkciju un atradīsim tās pieaugumu:

Atvasinājums:

Piemēri:

1. Atrast funkciju un atvasinājumus;
2. Atrodiet funkcijas atvasinājumu punktā.

Risinājumi:

Eksponenciālās funkcijas atvasinājums

Tagad pietiek ar jūsu zināšanām, lai uzzinātu, kā atrast jebkuras eksponenciālas funkcijas atvasinājumu, nevis tikai eksponentus (vai jūs jau esat aizmirsis, kas tas ir?).

Tātad, kur ir kāds skaitlis.

Mēs jau zinām funkcijas atvasinājumu, tāpēc mēģināsim reducēt savu funkciju uz jaunu bāzi:

Šim nolūkam mēs izmantosim vienkāršs noteikums: . Pēc tam:

Nu, izdevās. Tagad mēģiniet atrast atvasinājumu un neaizmirstiet, ka šī funkcija ir sarežģīta.

Vai notika?

Lūk, pārbaudiet pats:

Formula izrādījās ļoti līdzīga eksponenta atvasinājumam: tā, kā bija, tā paliek nemainīga, parādījās tikai faktors, kas ir tikai skaitlis, bet ne mainīgais.

Piemēri:
Atrodiet funkciju atvasinājumus:

Atbildes:

Tas ir tikai skaitlis, ko nevar aprēķināt bez kalkulatora, tas ir, to nevar pierakstīt vienkāršāk. Tāpēc atbildē to atstājam šādā formā.

Logaritmiskās funkcijas atvasinājums

Šeit ir līdzīgi: jūs jau zināt dabiskā logaritma atvasinājumu:

Tāpēc, lai atrastu patvaļīgu logaritmu ar citu bāzi, piemēram:

Mums šis logaritms jāsamazina līdz bāzei. Kā mainīt logaritma bāzi? Es ceru, ka atceraties šo formulu:

Tikai tagad tā vietā rakstīsim:

Saucējs ir vienkārši konstante (konstants skaitlis, bez mainīgā). Atvasinājumu iegūst ļoti vienkārši:

Eksponenciālo un logaritmisko funkciju atvasinājumi Vienotajā valsts pārbaudījumā gandrīz nekad nav atrodami, taču tos zināt nebūs lieki.

Sarežģītas funkcijas atvasinājums.

Kas ir "sarežģīta funkcija"? Nē, tas nav logaritms un nav arktangenss. Šīs funkcijas var būt grūti saprotamas (lai gan, ja jums šķiet sarežģīts logaritms, izlasiet tēmu "Logaritmi" un jums būs labi), taču no matemātiskā viedokļa vārds "sarežģīts" nenozīmē "grūti".

Iedomājieties mazu konveijera lenti: divi cilvēki sēž un veic darbības ar dažiem priekšmetiem. Piemēram, pirmais ietin šokolādes tāfelīti iesaiņojumā, bet otrais to sasien ar lenti. Rezultāts ir salikts priekšmets: šokolādes tāfelīte, kas ietīta un pārsieta ar lenti. Lai ēst šokolādes tāfelīti, jums ir jāveic apgrieztās darbības apgrieztā secībā.

Izveidosim līdzīgu matemātisko cauruļvadu: vispirms atradīsim skaitļa kosinusu un pēc tam iegūto skaitli kvadrātā. Tātad, mums tiek dots skaitlis (šokolāde), es atrodu tā kosinusu (iesaiņojums), un tad jūs kvadrātā to, ko es saņēmu (piesiet to ar lenti). Kas notika? Funkcija. Šis ir sarežģītas funkcijas piemērs: kad, lai atrastu tās vērtību, mēs veicam pirmo darbību tieši ar mainīgo un pēc tam otro darbību ar to, kas izriet no pirmās.

Mēs varam viegli veikt tās pašas darbības apgrieztā secībā: vispirms jūs to kvadrātā, un tad es meklēju iegūtā skaitļa kosinusu: . Ir viegli uzminēt, ka rezultāts gandrīz vienmēr būs atšķirīgs. Sarežģītu funkciju svarīga iezīme: mainoties darbību secībai, mainās funkcija.

Citiem vārdiem sakot, sarežģīta funkcija ir funkcija, kuras arguments ir cita funkcija: .

Pirmajam piemēram, .

Otrais piemērs: (tas pats). .

Darbība, ko veicam pēdējā, tiks saukta "ārēja" funkcija, un darbība, kas veikta vispirms - attiecīgi "iekšējā" funkcija(tie ir neoficiāli nosaukumi, es tos izmantoju tikai, lai izskaidrotu materiālu vienkāršā valodā).

Mēģiniet pats noteikt, kura funkcija ir ārēja un kura iekšēja:

Atbildes: Iekšējo un ārējo funkciju atdalīšana ir ļoti līdzīga mainīgo mainīšanai: piemēram, funkcijā

1. Kādu darbību mēs veiksim vispirms? Vispirms aprēķināsim sinusu un tikai pēc tam sagriezīsim to kubā. Tas nozīmē, ka tā ir iekšēja funkcija, bet ārēja.
   Un sākotnējā funkcija ir to sastāvs: .
2. Iekšējais: ; ārējais: .
   Pārbaude:.
3. Iekšējais: ; ārējais: .
   Pārbaude:.
4. Iekšējais: ; ārējais: .
   Pārbaude:.
5. Iekšējais: ; ārējais: .
   Pārbaude:.

Mēs mainām mainīgos un iegūstam funkciju.

Tagad mēs izvilksim savu šokolādes tāfelīti un meklēsim atvasinājumu. Procedūra vienmēr ir apgriezta: vispirms meklējam ārējās funkcijas atvasinājumu, pēc tam rezultātu reizinām ar iekšējās funkcijas atvasinājumu. Saistībā ar sākotnējo piemēru tas izskatās šādi:

Vēl viens piemērs:

Tātad, beidzot formulēsim oficiālo noteikumu:

Algoritms sarežģītas funkcijas atvasinājuma atrašanai:

Šķiet vienkārši, vai ne?

Pārbaudīsim ar piemēriem:

Risinājumi:

1) Iekšējais: ;

Ārējais: ;

2) Iekšējais: ;

(Tikai nemēģiniet to tagad izgriezt! No zem kosinusa nekas neiznāk, atceries?)

3) Iekšējais: ;

Ārējais: ;

Tūlīt ir skaidrs, ka šī ir trīs līmeņu sarežģīta funkcija: galu galā šī jau ir sarežģīta funkcija pati par sevi, un mēs no tās arī izņemam sakni, tas ir, mēs veicam trešo darbību (mēs ieliekam šokolādi iesaiņojumā un ar lenti portfelī). Bet nav pamata baidīties: mēs joprojām “izpakosim” šo funkciju tādā pašā secībā kā parasti: no beigām.

Tas ir, vispirms mēs atšķiram sakni, tad kosinusu un tikai pēc tam izteiksmi iekavās. Un tad mēs to visu reizinām.

Šādos gadījumos ir ērti numurēt darbības. Tas ir, iedomāsimies, ko mēs zinām. Kādā secībā mēs veiksim darbības, lai aprēķinātu šīs izteiksmes vērtību? Apskatīsim piemēru:

Jo vēlāk darbība tiks veikta, jo “ārējāka” būs atbilstošā funkcija. Darbību secība ir tāda pati kā iepriekš:

Šeit ligzdošana parasti ir 4 līmeņu. Noteiksim darbības virzienu.

1. Radikāla izteiksme. .

2. Sakne. .

3. Sine. .

4. Kvadrāts. .

5. Saliekot visu kopā:

ATvasinājums. ĪSUMĀ PAR GALVENĀM LIETĀM

Funkcijas atvasinājums- funkcijas pieauguma attiecība pret argumenta pieaugumu bezgalīgi mazam argumenta pieaugumam:

Pamata atvasinājumi:

Atšķiršanas noteikumi:

Konstante tiek izņemta no atvasinātās zīmes:

Summas atvasinājums:

Produkta atvasinājums:

Koeficienta atvasinājums:

Sarežģītas funkcijas atvasinājums:

Algoritms sarežģītas funkcijas atvasinājuma atrašanai:

1. Mēs definējam “iekšējo” funkciju un atrodam tās atvasinājumu.
2. Mēs definējam “ārējo” funkciju un atrodam tās atvasinājumu.
3. Mēs reizinām pirmā un otrā punkta rezultātus.

Pēc iepriekšējas artilērijas sagatavošanas piemēri ar 3-4-5 funkciju ligzdām būs mazāk biedējoši. Šie divi piemēri kādam var šķist sarežģīti, bet, ja jūs tos saprotat (kāds cietīs), tad gandrīz viss pārējais diferenciālrēķinos liksies kā bērnu joks.

2. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Kā jau minēts, meklējot sarežģītas funkcijas atvasinājumu, pirmkārt, tas ir nepieciešams Pa labi IZPROTIET savus ieguldījumus. Gadījumos, kad rodas šaubas, es atgādinu kādu noderīgu paņēmienu: mēs ņemam, piemēram, eksperimentālo vērtību “x” un mēģinām (garīgi vai melnrakstā) aizstāt šo vērtību ar “briesmīgo izteiksmi”.

1) Vispirms mums ir jāaprēķina izteiksme, kas nozīmē, ka summa ir dziļākā iegulšana.

2) Tad jums jāaprēķina logaritms:

4) Pēc tam sagrieziet kosinusu kubā:

5) Piektajā solī atšķirība:

6) Un visbeidzot, visattālākā funkcija ir kvadrātsakne:

Formula sarežģītas funkcijas diferencēšanai tiek piemēroti apgrieztā secībā, no attālākās funkcijas līdz iekšējai. Mēs nolemjam:

Šķiet, ka bez kļūdām:

1) Ņem kvadrātsaknes atvasinājumu.

2) Ņemiet starpības atvasinājumu, izmantojot noteikumu

3) Trīskārša atvasinājums ir nulle. Otrajā termiņā mēs ņemam pakāpes atvasinājumu (kubu).

4) Ņem kosinusa atvasinājumu.

6) Un visbeidzot mēs ņemam dziļākās iegulšanas atvasinājumu.

Tas var šķist pārāk grūti, taču šis nav brutālākais piemērs. Ņemiet, piemēram, Kuzņecova kolekciju, un jūs novērtēsiet visu analizētā atvasinājuma skaistumu un vienkāršību. Es pamanīju, ka viņiem patīk eksāmenā dot līdzīgu lietu, lai pārbaudītu, vai students saprot, kā atrast sarežģītas funkcijas atvasinājumu, vai nesaprot.

Šis piemērs ir paredzēts, lai jūs atrisinātu pats.

3. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Padoms: vispirms piemērojam linearitātes noteikumus un produktu diferenciācijas likumu

Pilns risinājums un atbilde nodarbības beigās.

Ir pienācis laiks pāriet uz kaut ko mazāku un jaukāku.
Nereti piemērā tiek parādīts nevis divu, bet trīs funkciju reizinājums. Kā atrast trīs faktoru reizinājuma atvasinājumu?

4. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Vispirms paskatāmies, vai ir iespējams trīs funkciju reizinājumu pārvērst par divu funkciju reizinājumu? Piemēram, ja produktā būtu divi polinomi, tad mēs varētu atvērt iekavas. Bet aplūkotajā piemērā visas funkcijas ir atšķirīgas: pakāpe, eksponents un logaritms.

Šādos gadījumos tas ir nepieciešams secīgi piemērot produktu diferenciācijas noteikumu divreiz

Viltība ir tāda, ka ar “y” mēs apzīmējam divu funkciju reizinājumu: , un ar “ve” apzīmējam logaritmu: . Kāpēc to var izdarīt? Vai tiešām - tas nav divu faktoru rezultāts un noteikums nedarbojas?! Nav nekā sarežģīta:

Tagad atliek šo noteikumu piemērot otrreiz iekavās:

Varat arī sagriezties un kaut ko izlikt iekavās, taču šajā gadījumā labāk ir atstāt atbildi tieši šādā formā - to būs vieglāk pārbaudīt.

Aplūkoto piemēru var atrisināt otrā veidā:

Abi risinājumi ir absolūti līdzvērtīgi.

5. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Šis ir neatkarīga risinājuma piemērs, paraugā tas tiek atrisināts, izmantojot pirmo metodi.

Apskatīsim līdzīgus piemērus ar daļskaitļiem.

6. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Šeit varat doties vairākos veidos:

Vai arī šādi:

Bet risinājums tiks uzrakstīts kompaktāk, ja vispirms izmantosim koeficienta diferenciācijas likumu , ņemot visu skaitītāju:

Principā piemērs ir atrisināts, un, ja to atstāj kā ir, tā nebūs kļūda. Bet, ja jums ir laiks, vienmēr ir ieteicams pārbaudīt uzmetumu, lai redzētu, vai atbildi var vienkāršot?

Samazināsim skaitītāja izteiksmi līdz kopsaucējam un atbrīvosimies no daļskaitļa trīsstāvu struktūras:

Papildu vienkāršojumu trūkums ir tāds, ka pastāv risks kļūdīties nevis atvasinājuma atrašanas laikā, bet gan banālu skolas pārveidojumu laikā. No otras puses, skolotāji bieži noraida uzdevumu un lūdz atvasinājumu “atvest pie prāta”.

Vienkāršāks piemērs, ko atrisināt patstāvīgi:

7. piemērs

Atrodiet funkcijas atvasinājumu

Mēs turpinām apgūt atvasinājuma atrašanas metodes, un tagad mēs apsvērsim tipisku gadījumu, kad diferenciācijai tiek piedāvāts “briesmīgais” logaritms