F 0-Ableitung. Finden Sie die Ableitung: Algorithmus und Lösungsbeispiele. Schritt-für-Schritt-Beispiele – So finden Sie die Ableitung
Herleitung der Ableitungsformel Power-Funktion(x hoch a). Es werden Ableitungen von Wurzeln von x betrachtet. Formel für die Ableitung einer Potenzfunktion Auftrag von oben. Beispiele für die Berechnung von Derivaten.
Die Ableitung von x hoch a ist gleich a mal x hoch a minus eins:
(1)
.
Die Ableitung der n-ten Wurzel von x zur m-ten Potenz ist:
(2)
.
Herleitung der Formel für die Ableitung einer Potenzfunktion
Fall x > 0
Betrachten Sie eine Potenzfunktion der Variablen x mit Exponent a:
(3)
.
Dabei ist a eine beliebige reelle Zahl. Betrachten wir zunächst den Fall.
Um die Ableitung der Funktion (3) zu finden, nutzen wir die Eigenschaften einer Potenzfunktion und transformieren sie in die folgende Form:
.
Jetzt finden wir die Ableitung mit:
;
.
Hier .
Formel (1) ist bewiesen.
Herleitung der Formel für die Ableitung der Wurzel vom Grad n von x zum Grad m
Betrachten Sie nun eine Funktion, die die Wurzel der folgenden Form ist:
(4)
.
Um die Ableitung zu finden, transformieren wir die Wurzel in eine Potenzfunktion:
.
Beim Vergleich mit Formel (3) sehen wir das
.
Dann
.
Mit Formel (1) finden wir die Ableitung:
(1)
;
;
(2)
.
In der Praxis besteht keine Notwendigkeit, Formel (2) auswendig zu lernen. Es ist viel bequemer, zunächst die Wurzeln in Potenzfunktionen umzuwandeln und dann ihre Ableitungen mithilfe der Formel (1) zu ermitteln (siehe Beispiele am Ende der Seite).
Fall x = 0
Wenn , dann ist die Potenzfunktion für den Wert der Variablen x = definiert 0
. Finden wir die Ableitung der Funktion (3) bei x = 0
. Dazu verwenden wir die Definition einer Ableitung:
.
Ersetzen wir x = 0
:
.
In diesem Fall meinen wir mit Ableitung den rechten Grenzwert, für den .
Also fanden wir:
.
Daraus wird deutlich, dass für , .
Bei , .
Bei , .
Dieses Ergebnis ergibt sich auch aus Formel (1):
(1)
.
Daher gilt Formel (1) auch für x = 0
.
Fall x< 0
Betrachten Sie Funktion (3) noch einmal:
(3)
.
Für bestimmte Werte der Konstante a ist sie auch für definiert negative Werte Variable x. Nämlich, lass ein sein Rationale Zahl. Dann kann es als irreduzibler Bruch dargestellt werden:
,
wobei m und n ganze Zahlen ohne sind gemeinsamer Teiler.
Ist n ungerade, dann ist die Potenzfunktion auch für negative Werte der Variablen x definiert. Zum Beispiel, wenn n = 3
und m = 1
wir haben Kubikwurzel von x:
.
Es ist auch für negative Werte der Variablen x definiert.
Finden wir die Ableitung der Potenzfunktion (3) für und für rationale Werte Konstante a, für die sie definiert ist. Stellen wir dazu x in der folgenden Form dar:
.
Dann ,
.
Wir finden die Ableitung, indem wir die Konstante außerhalb des Vorzeichens der Ableitung platzieren und die Regel zum Differenzieren einer komplexen Funktion anwenden:
.
Hier . Aber
.
Seit damals
.
Dann
.
Das heißt, Formel (1) gilt auch für:
(1)
.
Derivate höherer Ordnung
Lassen Sie uns nun Ableitungen höherer Ordnung der Potenzfunktion finden
(3)
.
Wir haben bereits die Ableitung erster Ordnung gefunden:
.
Wenn wir die Konstante a außerhalb des Vorzeichens der Ableitung nehmen, finden wir die Ableitung zweiter Ordnung:
.
Ebenso finden wir Ableitungen dritter und vierter Ordnung:
;
.
Daraus geht hervor, dass Ableitung beliebiger n-ter Ordnung hat die folgende Form:
.
beachte das wenn a ist natürliche Zahl
, dann ist die n-te Ableitung konstant:
.
Dann sind alle nachfolgenden Ableitungen gleich Null:
,
bei .
Beispiele für die Berechnung von Derivaten
Beispiel
Finden Sie die Ableitung der Funktion:
.
Lösung
Lassen Sie uns Wurzeln in Potenzen umwandeln:
;
.
Dann hat die ursprüngliche Funktion die Form:
.
Ableitungen von Potenzen finden:
;
.
Die Ableitung der Konstante ist Null:
.
Bei der Ableitung der allerersten Formel der Tabelle gehen wir von der Definition der Ableitungsfunktion an einem Punkt aus. Lass uns wohin gehen X- beliebig reelle Zahl, also, X– eine beliebige Zahl aus dem Definitionsbereich der Funktion. Schreiben wir den Grenzwert des Verhältnisses des Inkrements der Funktion zum Inkrement des Arguments auf:
Es ist zu beachten, dass unter dem Grenzzeichen der Ausdruck erhalten wird, der nicht die Unsicherheit von Null dividiert durch Null ist, da der Zähler keinen infinitesimalen Wert, sondern genau Null enthält. Mit anderen Worten: Das Inkrement einer konstanten Funktion ist immer Null.
Auf diese Weise, Ableitung einer konstanten Funktionist im gesamten Definitionsbereich gleich Null.
Ableitung einer Potenzfunktion.
Die Formel für die Ableitung einer Potenzfunktion hat die Form , wobei der Exponent P– jede reelle Zahl.
Beweisen wir zunächst die Formel für den natürlichen Exponenten, also für p = 1, 2, 3, …
Wir verwenden die Definition einer Ableitung. Schreiben wir den Grenzwert des Verhältnisses des Inkrements einer Potenzfunktion zum Inkrement des Arguments auf:
Um den Ausdruck im Zähler zu vereinfachen, wenden wir uns der Newton-Binomialformel zu:
Somit,
Dies beweist die Formel für die Ableitung einer Potenzfunktion für einen natürlichen Exponenten.
Ableitung einer Exponentialfunktion.
Wir präsentieren die Ableitung der Ableitungsformel basierend auf der Definition:
Wir sind in der Ungewissheit angekommen. Um es zu erweitern, führen wir eine neue Variable ein und bei . Dann . Beim letzten Übergang haben wir die Formel für den Übergang zu einer neuen logarithmischen Basis verwendet.
Setzen wir in die ursprüngliche Grenze ein:
Wenn wir uns die zweite bemerkenswerte Grenze in Erinnerung rufen, gelangen wir zur Formel für die Ableitung der Exponentialfunktion:
Ableitung einer logarithmischen Funktion.
Lassen Sie uns die Formel für die Ableitung einer logarithmischen Funktion für alle beweisen X aus dem Definitionsbereich und allen gültigen Werten der Basis A Logarithmus Per Definition der Ableitung gilt:
Wie Sie bemerkt haben, wurden beim Beweis die Transformationen mithilfe der Eigenschaften des Logarithmus durchgeführt. Gleichwertigkeit ist aufgrund der zweiten bemerkenswerten Grenze wahr.
Ableitungen trigonometrischer Funktionen.
Um Formeln für Ableitungen trigonometrischer Funktionen abzuleiten, müssen wir uns einige trigonometrische Formeln sowie den ersten bemerkenswerten Grenzwert merken.
Durch Definition der Ableitung für die Sinusfunktion haben wir .
Verwenden wir die Sinusdifferenzformel:
Bleibt noch die erste bemerkenswerte Grenze:
Somit ist die Ableitung der Funktion Sünde x Es gibt weil x.
Die Formel für die Ableitung des Kosinus wird auf genau die gleiche Weise bewiesen.
Daher die Ableitung der Funktion weil x Es gibt –Sünde x.
Wir werden Formeln für die Ableitungstabelle für Tangens und Kotangens mithilfe bewährter Differenzierungsregeln (Ableitung eines Bruchs) ableiten.
Ableitungen hyperbolischer Funktionen.
Die Differenzierungsregeln und die Formel für die Ableitung der Exponentialfunktion aus der Ableitungstabelle ermöglichen es uns, Formeln für die Ableitungen des hyperbolischen Sinus, Cosinus, Tangens und Kotangens abzuleiten.
Ableitung der Umkehrfunktion.
Damit es beim Präsentieren nicht zu Verwirrung kommt, kennzeichnen wir in Index das Argument der Funktion, mit dem die Differenzierung durchgeführt wird, also die Ableitung der Funktion f(x) Von X.
Lassen Sie uns nun formulieren Regel zum Ermitteln der Ableitung einer Umkehrfunktion.
Lassen Sie die Funktionen y = f(x) Und x = g(y) gegenseitig invers, definiert auf den Intervallen bzw. Wenn es an einem Punkt eine endliche Ableitung der Funktion ungleich Null gibt f(x), dann gibt es an dem Punkt eine endliche Ableitung der Umkehrfunktion g(y), Und . In einem anderen Beitrag
.
Diese Regel kann für jeden umformuliert werden X Aus dem Intervall erhalten wir .
Lassen Sie uns die Gültigkeit dieser Formeln überprüfen.
Finden wir die Umkehrfunktion für den natürlichen Logarithmus (Hier j ist eine Funktion, und X- Streit). Nachdem ich diese Gleichung für gelöst habe X, wir bekommen (hier X ist eine Funktion, und j– ihr Argument). Also,
und zueinander inverse Funktionen.
Aus der Ableitungstabelle sehen wir das Und
.
Stellen wir sicher, dass die Formeln zum Ermitteln der Ableitungen der Umkehrfunktion zu denselben Ergebnissen führen:
Definition. Die Funktion \(y = f(x)\) sei in einem bestimmten Intervall definiert, das den Punkt \(x_0\) enthält. Geben wir dem Argument ein Inkrement \(\Delta x \), sodass es dieses Intervall nicht verlässt. Finden wir das entsprechende Inkrement der Funktion \(\Delta y \) (beim Übergang vom Punkt \(x_0 \) zum Punkt \(x_0 + \Delta x \)) und stellen wir die Beziehung \(\frac(\Delta y)(\Updelta x) \). Gibt es eine Grenze für dieses Verhältnis bei \(\Delta x \rightarrow 0\), dann wird die angegebene Grenze aufgerufen Ableitung einer Funktion\(y=f(x) \) am Punkt \(x_0 \) und bezeichnen \(f"(x_0) \).
$$ \lim_(\Delta x \to 0) \frac(\Delta y)(\Delta x) = f"(x_0) $$
Das Symbol y wird oft verwendet, um die Ableitung zu bezeichnen.“ Beachten Sie, dass y“ = f(x) ist neue Funktion, aber natürlich mit der Funktion y = f(x) verbunden, definiert an allen Punkten x, an denen die obige Grenze existiert. Diese Funktion wird wie folgt aufgerufen: Ableitung der Funktion y = f(x).
Geometrische Bedeutung der Ableitung ist wie folgt. Wenn es möglich ist, an dem Punkt mit der Abszisse x=a, der nicht parallel zur y-Achse ist, eine Tangente an den Graphen der Funktion y = f(x) zu zeichnen, dann drückt f(a) die Steigung der Tangente aus :
\(k = f"(a)\)
Da \(k = tg(a) \), dann ist die Gleichheit \(f"(a) = tan(a) \) wahr.
Lassen Sie uns nun die Definition der Ableitung unter dem Gesichtspunkt ungefährer Gleichheiten interpretieren. Die Funktion \(y = f(x)\) habe an einem bestimmten Punkt \(x\) eine Ableitung:
$$ \lim_(\Delta x \to 0) \frac(\Delta y)(\Delta x) = f"(x) $$
Dies bedeutet, dass in der Nähe des Punktes x die ungefähre Gleichheit \(\frac(\Delta y)(\Delta Delta x\). Die sinnvolle Bedeutung der resultierenden ungefähren Gleichheit ist wie folgt: Das Inkrement der Funktion ist „nahezu proportional“ zum Inkrement des Arguments, und der Proportionalitätskoeffizient ist der Wert der Ableitung in angegebenen Punkt X. Beispielsweise gilt für die Funktion \(y = x^2\) die Näherungsgleichung \(\Delta y \ approx 2x \cdot \Delta x \). Wenn wir die Definition einer Ableitung sorgfältig analysieren, werden wir feststellen, dass sie einen Algorithmus zu ihrer Ermittlung enthält.
Formulieren wir es.
Wie finde ich die Ableitung der Funktion y = f(x)?
1. Fixieren Sie den Wert von \(x\), finden Sie \(f(x)\)
2. Geben Sie dem Argument \(x\) ein Inkrement \(\Delta x\), gehen Sie zu neuer Punkt\(x+ \Delta x \), finde \(f(x+ \Delta x) \)
3. Finden Sie das Inkrement der Funktion: \(\Delta y = f(x + \Delta x) - f(x) \)
4. Erstellen Sie die Beziehung \(\frac(\Delta y)(\Delta x) \)
5. Berechnen Sie $$ \lim_(\Delta x \to 0) \frac(\Delta y)(\Delta x) $$
Dieser Grenzwert ist die Ableitung der Funktion am Punkt x.
Wenn eine Funktion y = f(x) eine Ableitung in einem Punkt x hat, dann heißt sie in einem Punkt x differenzierbar. Das Verfahren zum Finden der Ableitung der Funktion y = f(x) wird aufgerufen Differenzierung Funktionen y = f(x).
Lassen Sie uns die folgende Frage diskutieren: Wie hängen Stetigkeit und Differenzierbarkeit einer Funktion an einem Punkt miteinander zusammen?
Die Funktion y = f(x) sei im Punkt x differenzierbar. Dann kann am Punkt M(x; f(x)) eine Tangente an den Graphen der Funktion gezogen werden, und, erinnern Sie sich, der Winkelkoeffizient der Tangente ist gleich f "(x). Ein solcher Graph kann nicht „brechen“ am Punkt M, d. h. die Funktion muss am Punkt x stetig sein.
Es handelte sich um „praktische“ Argumente. Lassen Sie uns eine strengere Begründung liefern. Wenn die Funktion y = f(x) im Punkt x differenzierbar ist, dann gilt die Näherungsgleichung \(\Delta y \ approx f"(x) \cdot \Delta x\). Wenn in dieser Gleichheit \(\Delta x \) gegen Null tendiert, dann tendiert \(\Delta y \) gegen Null, und dies ist die Bedingung für die Kontinuität der Funktion an einem Punkt.
Also, Wenn eine Funktion an einem Punkt x differenzierbar ist, dann ist sie an diesem Punkt stetig.
Die umgekehrte Aussage ist nicht wahr. Beispiel: Funktion y = |x| ist überall stetig, insbesondere im Punkt x = 0, aber die Tangente an den Graphen der Funktion am „Verbindungspunkt“ (0; 0) existiert nicht. Wenn an einem Punkt keine Tangente an den Graphen einer Funktion gezogen werden kann, existiert die Ableitung an diesem Punkt nicht.
Noch ein Beispiel. Die Funktion \(y=\sqrt(x)\) ist auf der gesamten Zahlengeraden stetig, auch am Punkt x = 0. Und die Tangente an den Graphen der Funktion existiert an jedem Punkt, auch am Punkt x = 0 Da die Tangente aber in diesem Punkt mit der y-Achse zusammenfällt, also senkrecht zur Abszissenachse steht, hat ihre Gleichung die Form x = 0. Steigungskoeffizient eine solche Zeile gibt es nicht, was bedeutet, dass \(f"(0) \) auch nicht existiert
So haben wir eine neue Eigenschaft einer Funktion kennengelernt – die Differenzierbarkeit. Wie kann man aus dem Graphen einer Funktion schließen, dass diese differenzierbar ist?
Die Antwort ist eigentlich oben gegeben. Wenn es irgendwann möglich ist, eine Tangente an den Graphen einer Funktion zu zeichnen, die nicht senkrecht zur Abszissenachse steht, dann ist die Funktion an diesem Punkt differenzierbar. Wenn irgendwann die Tangente an den Graphen einer Funktion nicht existiert oder senkrecht zur Abszissenachse steht, dann ist die Funktion an diesem Punkt nicht differenzierbar.
Differenzierungsregeln
Die Operation zum Finden der Ableitung wird aufgerufen Differenzierung. Bei dieser Operation müssen Sie häufig mit Quotienten, Summen, Produkten von Funktionen sowie „Funktionen von Funktionen“, also komplexen Funktionen, arbeiten. Basierend auf der Definition der Ableitung können wir Differenzierungsregeln ableiten, die diese Arbeit erleichtern. Wenn C - konstante Zahl und f=f(x), g=g(x) einige differenzierbare Funktionen sind, dann ist das Folgende wahr Differenzierungsregeln:
$$ f"_x(g(x)) = f"_g \cdot g"_x $$
Tabelle der Ableitungen einiger Funktionen
$$ \left(\frac(1)(x) \right) " = -\frac(1)(x^2) $$ $$ (\sqrt(x)) " = \frac(1)(2\ sqrt(x)) $$ $$ \left(x^a \right) " = a x^(a-1) $$ $$ \left(a^x \right) " = a^x \cdot \ln a $$ $$ \left(e^x \right) " = e^x $$ $$ (\ln x)" = \frac(1)(x) $$ $$ (\log_a x)" = \frac (1)(x\ln a) $$ $$ (\sin x)" = \cos x $$ $$ (\cos x)" = -\sin x $$ $$ (\text(tg) x) " = \frac(1)(\cos^2 x) $$ $$ (\text(ctg) x)" = -\frac(1)(\sin^2 x) $$ $$ (\arcsin x) " = \frac(1)(\sqrt(1-x^2)) $$ $$ (\arccos x)" = \frac(-1)(\sqrt(1-x^2)) $$ $$ (\text(arctg) x)" = \frac(1)(1+x^2) $$ $$ (\text(arcctg) x)" = \frac(-1)(1+x^2) $ $Entscheiden körperliche Aufgaben oder Beispiele in der Mathematik ist ohne Kenntnis der Ableitung und Methoden zu ihrer Berechnung völlig unmöglich. Derivat ist eines davon die wichtigsten Konzepte mathematische Analyse. Wir haben beschlossen, den heutigen Artikel diesem grundlegenden Thema zu widmen. Was ist ein Derivat, was ist seine physikalische und geometrische Bedeutung Wie berechnet man die Ableitung einer Funktion? Alle diese Fragen lassen sich zu einer einzigen zusammenfassen: Wie ist die Ableitung zu verstehen?
Geometrische und physikalische Bedeutung der Ableitung
Lass es eine Funktion geben f(x) , in einem bestimmten Intervall angegeben (a, b) . Zu diesem Intervall gehören die Punkte x und x0. Wenn sich x ändert, ändert sich auch die Funktion selbst. Das Argument ändern - der Unterschied in seinen Werten x-x0 . Dieser Unterschied wird geschrieben als Delta x und heißt Argumentinkrement. Eine Änderung oder Erhöhung einer Funktion ist die Differenz zwischen den Werten einer Funktion an zwei Punkten. Definition von Derivat:
Die Ableitung einer Funktion an einem Punkt ist die Grenze des Verhältnisses des Inkrements der Funktion an einem bestimmten Punkt zum Inkrement des Arguments, wenn dieses gegen Null tendiert.
Ansonsten kann man es so schreiben:
Welchen Sinn hat es, eine solche Grenze zu finden? Und hier ist, was es ist:
Die Ableitung einer Funktion an einem Punkt ist gleich der Tangente des Winkels zwischen der OX-Achse und der Tangente an den Graphen der Funktion an einem bestimmten Punkt.
![](https://i2.wp.com/zaostorage.ru/blog/2017/11/i.jpg)
Physikalische Bedeutung Derivat: Die Ableitung des Weges nach der Zeit ist gleich der Geschwindigkeit der geradlinigen Bewegung.
Tatsächlich weiß seit der Schulzeit jeder, dass Geschwindigkeit ein besonderer Weg ist x=f(t) und Zeit T . Durchschnittsgeschwindigkeit für einen bestimmten Zeitraum:
Um die Bewegungsgeschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt herauszufinden t0 Sie müssen das Limit berechnen:
Regel eins: Legen Sie eine Konstante fest
Die Konstante kann aus dem Ableitungszeichen entnommen werden. Darüber hinaus muss dies getan werden. Gehen Sie beim Lösen von Beispielen in der Mathematik als Regel vor: Wenn Sie einen Ausdruck vereinfachen können, müssen Sie ihn unbedingt vereinfachen .
Beispiel. Berechnen wir die Ableitung:
Regel zwei: Ableitung der Summe der Funktionen
Die Ableitung der Summe zweier Funktionen ist gleich der Summe der Ableitungen dieser Funktionen. Dasselbe gilt für die Ableitung der Funktionsdifferenz.
Wir werden diesen Satz nicht beweisen, sondern ein praktisches Beispiel betrachten.
Finden Sie die Ableitung der Funktion:
Regel drei: Ableitung des Funktionsprodukts
Die Ableitung des Produkts zweier differenzierbarer Funktionen wird nach folgender Formel berechnet:
Beispiel: Finden Sie die Ableitung einer Funktion:
Lösung:
Es ist wichtig, hier über die Berechnung von Ableitungen komplexer Funktionen zu sprechen. Die Ableitung einer komplexen Funktion ist gleich dem Produkt der Ableitung dieser Funktion nach dem Zwischenargument und der Ableitung des Zwischenarguments nach der unabhängigen Variablen.
Im obigen Beispiel stoßen wir auf den Ausdruck:
IN in diesem Fall Das Zwischenargument ist 8x hoch fünf. Um die Ableitung eines solchen Ausdrucks zu berechnen, berechnen wir zunächst die Ableitung externe Funktion durch das Zwischenargument und multiplizieren Sie dann mit der Ableitung des Zwischenarguments selbst in Bezug auf die unabhängige Variable.
Regel vier: Ableitung des Quotienten zweier Funktionen
Formel zur Bestimmung der Ableitung des Quotienten zweier Funktionen:
Wir haben versucht, von Grund auf über Derivate für Dummies zu sprechen. Dieses Thema ist nicht so einfach, wie es scheint. Seien Sie also gewarnt: In den Beispielen stecken oft Fallstricke. Seien Sie also vorsichtig bei der Berechnung von Ableitungen.
Bei Fragen zu diesem und anderen Themen können Sie sich an den Studierendenservice wenden. Wir helfen Ihnen in kurzer Zeit, den schwierigsten Test zu lösen und die Aufgaben zu verstehen, auch wenn Sie noch nie zuvor Ableitungsrechnungen durchgeführt haben.