数学分析知识点总结(定积分)(8)

2019-02-20 20:37

(参数式函数的求导) 例如函数

y?a2?x2,?a?x?a

可以用参数表示为

x?acost,y?asint,0?t??

一般来说,设有参数表达式

x??(t),y??(t),t?J

其中函数?在区间J上严格单调并且连续,函数?在区间J上连续(因为函数?为自变量,必须单调连续,函数?为结果),我们可以把t表示成x的连续函数

t???1(x),x?I??(J)

于是y表示成x的连续函数

y??(??1(x)),x?I

如果函数?和?都在区间J上的t0点处可导,并且?'(t0)?0,那么复合函数???在在

?1x0??(t0)处可导,并且有

(?(??1(x)))'x?(?(t))'x??'(t)?t'x??'(t)?因此对于参数表示的函数

1?'(t)? x't?'(t)x??(t),y??(t)

求导法则为

dydy?'(t)dt??,?'(t)?0

dxdx?'(t)dt简单例子

(1)曲线方程为

x??(t),y??(t)

在x0??(t0),y0??(t0)处的切线斜率为

?'(t0) ?'(t0)切线方程为

Y??(t0)?'(t0) ?X??(t0)?'(t0)(2)极坐标方程给出的曲线

r?r(?)??r?r(?)

极坐标参数方程为

?

x?r(?)cos?,于是

y?r(?)sin?

r(?)dytan??dyd?(r(?)sin?)'r'(?)sin??r(?)cos?r'(?) ????dxr(?)dx(r(?)cos?)'r'(?)cos??r(?)sin?1?tan?d?r'(?)设切线方向与x轴夹角为?,那么

r(?)r'(?) tan??r(?)1?tan?r'(?)tan??于是有

r(?)tan??tan???tan(???)?tan? r'(?)1?tan?tan?因此极坐标上某一点的切线与极径的家教的正切应为

tan??r(?) r'(?)

(隐函数的求导)

当变量y对变量x的函数关系通过一个方程来给出的时候,例如

x2?y2?1

对于每一个x?[?1,1],有唯一的y?[0,??)与之对应,于是方程x?y?1确定了从集合D?[?1,1]到集合E?[0,??)的一个函数,对一般情形,设D?R,E?R,按照方程

22F(x,y)?0

对每一个x?D恰好有唯一的y?E与之对应,那么我们就说:由条件

F(x,y)?0,x?D,y?E

确定了一个隐函数,当然,有时候隐函数可以显示的表示出来,也有时候无法显示的表示。要注意的是:要由方程确定一个隐函数,仅仅指出x的变化范围时不够的,还需要指出y的变化范围,以确定是一一对应的才能说是一个隐函数。

隐函数可以简化求导过程,而且表达的也更简洁一些。下面有一些例子 (1)求以下条件确定的隐函数y?y(x)的倒数

x2?y2?1,?1?x?1,y?0

对恒等式x?y?1两边求导得到

222x?2yy'?0

那么求得

y'??(2)求函数y?u(x)v(x)x y,u(x)?0的导数。

对函数两边取对数得到

lny?v(x)lnu(x)

按隐函数求导得

y'u'(x) ?v'(x)lnu(x)?v(x)yu(x)得到

?u'(x)?y'?y?v'(x)lnu(x)?v(x)?

u(x)??

(高阶导数)

设函数f在开区间I上每一点可导,则一下对应关系定义了一个函数

x?f'(x),?x?I

记为f'。对于导函数f',我们又可以讨论它的可到性和导数。f'(x)称为函数f的导函数,

导函数f'在x点的导数称为函数f在在x点的二阶导数,记为

f''(x),f可以用同样的方式定义n阶导数,记为

(2)d2y(x),2

dxf(n)dny(x),n

dx一些函数的高阶导数具有规律,下面是几个例子 (1)y?x

?y'??x??1

y''??(??1)x??2

?

y(n)??(??1)?[??(n?1)]x??n

(2)y?ln(1?x)

y'?1?(1?x)?1 1?xy''?(?1)(1?x)?2 y'''?(?1)(?2)(1?x)?3

?

y(n)?(?1)(?2)?[?(n?1)](1?x)?n?(?1)n?1(3)y?sinx

(n?1)! n(1?x)y'?cosx?sin(x?)

2y''?cos(x?)?sin(x?2?)

22y'''??sin(x?)?sin(x?3?) 22?

?????y(n)?sin(x?n?)

2(4)y?cosx

?y(n)?cos(x?n?)

2

定理4(Leibnitz公式):设函数u和v在x0点n阶可导,则这两个函数的乘积uv也在x0点

?n阶可导,并且在这点有

(uv)其中

(n)?n?????u(n?k)v(k) k?0?k?n?n?n(n?1)?(n?k?1),(k?1,2,?,n) ???k!?k?下面证明一下:

?n??n??n?1????????? kk?1k???????n??n?n(n?1)?(n?k?1)n(n?1)?[n?(k?1)?1]???????k!(k?1)!?k??k?1?n(n?1)?[n?(k?1)?1]?n?k?1?(n?1)n(n?1)?[n?(k?1)?1] ??1???(k?1)!kk!???n?1?????k?归纳法证明: n?1,明显成立

假设对于n?N成立,考虑n?1的情况

n?n?n?(n?k)(k)??n?(n?k?1)(k)(n?1)(uv)??(uv)??????uv?????(uv?u(n?k)v(k?1))?k?0?k??k?0?k?n?n?(n?k?1)(k)n?n?(n?k)(k?1)????uv????uv(后面一项中令k?k0?1,那么k0?k?1)k?0?k?k?0?k?n?n?(n?k?1)(k)n?1?n?(n?k0?1)(k0) ????uv???v?uk?1kk?0??k0?1?0?(n)''?u?u(n?1)??n??n??(n?k?1)(k)(n?1)???????v?v??uk?1??k??k?1??n(n?1)?n?1?(n?k?1)(k)(n?1)n?1?n?1?(n?k?1)(k)???v?v???v?u?ukkk?1?k?0???n


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