高数超级学习包(含微积分公式,方程,各种基础知识)(5)

2019-01-10 15:32

一般地,如果方程F(x,y)=0中,令x在某一区间内任取一值时,相应地总有满足此方程

,即:

则我们就

说方程F(x,y)=0在该区间上确定了x的隐函数y. . 把一个隐函数化成显函数的形式,叫做隐函数的显化。 的一阶导数.

的导数

或叫做函数

二阶导数的导数,叫做三阶导数,三阶导数的导数,叫做 注:四阶导数有些隐函数并不是很容易化为显函数的,那么在,?,一般地(n-1)阶求其导数时该如何呢?

下面让我们来解决这个问题! 隐函数的求导

n阶导数.

:,,?,或,,?,

若已知F(x,y)=0,求

时,一般按下列步骤进行求解:

阶以上的导数统称高阶导数。

a):若方程F(x,y)=0,能化为的形式,则用前面我们所学的方法进行求导

,求高阶导数就是多次接连地求导,所以,在求高阶导数时可运用前面所学的求导方法。 b):若方程F(x,y)=0,不能化为

,求

=a,故

=0

的n阶导数。

例题:已知

,求

函数

的形式,则是方程两边对x进行求导,并

用复合函数求导法则进行。

对数函数

. , 解答:此方程不易显化,故运用隐函数求导法, 两边对x进行求导,

般地,可得

隐函数及其求导法则

用解析法表示函数,可以有不同的形式.

故=

可以用含自变量x的算式表示,像y=sinx,y=1+3x等,这样的函数叫显函数.前面我们所

注:我们对隐函数两边对x进行求导时,一定要把变量y看成x的函数,然后对其利

导法则进行求导。

显函数.

例题:求隐函数

,在x=0处的导数

边对x求导

例题:已知

,求

此题可用复合函数求导法则进行求导,但是比较麻烦,下面我们利用对数求导 解答:先两边取对数

x=0时,y=0.故

再两边求导 在求导数时,若对其直接求导有时很不方便,像对某些幂函数进行求导时,有没有一种比呢?

再来学习一种求导的方法:对数求导法

对数求导法

因为,所以

函数的微分

学习函数的微分之前,我们先来分析一个具体问题:

一块正方形金属薄片受温度变化的影响时,其边长由x0变到了x0+△x,则此薄片的面积数求导的方法,对某一函数先取函数的自然对数,然后在求导。

法特别适用于幂函数的求导问题。

解答:设此薄片的边长为x,面积为A,则A是x的函数: 薄片受温度变化的影

知x>0,求

变量,可以看成是当自变量x从x0取的增量△x时,函数A相应的增量△A,

即:题若对其直接求导比较麻烦,我们可以先对其两边取自然对数,然后再把它看成隐函数进 从上式我们可以看出,△A分成两部分,第一部分 第二部分

即图中的黑色部分,

较简便些。如下

是△x的线性函数,即下图

两边取对数:

看成隐函数,再两边求导

当△x→0时,它是△x的高阶无穷小,表示为:

,所以

们可以发现,如果边长变化的很小时,面积的改变量可以近似的用地一部分来代替。 下面我们给出微分的数学定义:

函数微分的定义

示, 我们把这一性质称为微分形式不变性。 例题:已知,求dy 某区间内有定义,x0及x0+△x在这区间内,若函数的增量可表示为其中A是不

, 解答:把2x+1看成中间变量u,根据微分形式不变性,则 赖于△x的常数,

叫做函数

是△x的高阶无穷小,则称函数在点x0可微的。 通过上面的学习,我们知道微分与导数有着不可分割的联系,前面我们知道基本初等在点x0相应于自变量增量△x的微分,记作dy, =

式和导数

即:

的运算法则,那么基本初等函数的微分公式和微分运算法则是怎样的呢?的学习我们知道:微分

是自变量改变量△x的线性函数,dy与△y的差是关于△x 下面我们来学习———基本初等函数的微分公式与微分的运算法则 的高阶

无穷小量,我们把dy称作△y的线性主部。 于是我们又得出:

基本初等函数的微分公式与微分的运算法则 当△x→0时,△y≈dy. 基本初等函数的微分公式 导数的记号为:

由于函数微分的表达式为:

,于是我们通过基本初等函数导数的公式可等函数微分的公式,下面我们用表格来把基本初等函数的导数公式与微分公式对比一下:, 微分公式 可以发现,它不仅表示导数的记号,而且还可以表示两个微分的比值(把△x导数公式看成dx,即 :定义自变量的增量等于自变量的微分),还可表示为:

此我们得出:若函数在某区间上可导,则它在此区间上一定可微,反之亦成立。 微分形式不变性

什么是微分形式不边形呢?

,则复合函数

的微分为: , 由于

,故我们可以把复合函数的微分写成微分运算法则

由函数和、差、积、商的求导法则,可推出相应的微分法则.为了便于理解,下面我们 ,不论u是自变量还是中间变量,

分的运算法则与导数的运算法则对照一下: 的微分dy总可以用与du的乘积来表函数和、差、积、商的求导法则 函数和、差、积、商的微分法则 角度看一个问题,如下:

设有连续函数 ,a与b是它定义区间内的两点(a

<b),假定此函数在(a,b)处处可导,也就是在(a,b)内的函数图形上处处都由切线,那末我们从图形上容易直到,

的微分法则就是前面我们学到的微分形式不变性,在此不再详述。 差商,求对x的导数 3就是割线AB的斜率,若我们把

割线AB作平行于自身的移动,那么至少有一次机会达到离割线最远的一点P(x=c)处成为曲线的切线,而曲线的斜率为

,由于切线与割线是平行的,因此

据微分形式的不变性 成立。

注:这个结果就称为微分学中值定理,也称为拉格朗日中值定理 示函数增量的线性主部.计算函数的增量,有时比较困难,但计算微分则比较简单,为此我

拉格朗日中值定理

如果函数的近似值。 在闭区间[a,b]上连续,在开区间

分来近似的代替函数的增量,这就是微分在近似计算中的应用. (a,b)内可导,那末在(a,b)内至少有一点c,使 成立。 们发现用计算的方法特别麻烦,为此把转化为求微分的问题 这个定理的特殊情形,即: 尔定理。描述如下: 若的情形,称为罗

近似值为1.025(精确值为1.024695) 三.导数的应用 在闭区间[a,b]上连续,在开区间(a,b)内可导,

,那末在(a,b)内至少有一点c,使

微分学中值定理 且 成立。 注:这个定理是罗尔在17世纪初,在微积分发明之前以

在给出微分学中值定理的数学定义之前,我们先从几何的几何的形式提出来的。

答案:对于函数

,

,来说,当x→a(或x→∞)时,

注:在此我们对这两个定理不加以证明,若有什么疑问,函数请参考相关书籍

都趋于零或无穷大

则极限

下面我们在学习一条通过拉格朗日中值定理推广得来的定理——柯西中值定理 柯西中值定理 如果函数(a,b)内可导,且

在闭区间[a,b]上连续,在开区间

把式子

可能存在,也可能不存在,我们就

称为未定式。分别记为型

我们容易知道,对于未定式的极限求法,是不能应用\商的极限等于极限的商\这个法则来求解的,那么我们该如何求

≠0,那末在(a,b)内至少有一点c,这类问题的极限呢?

下面我们来学习罗彼塔(L'Hospital)法则,它就是这个问

使

例题:证明方程个实根

成立。

题的答案

在0与1之间至少有一

注:它是根据柯西中值定理推出来的。 罗彼塔(L'Hospital)法则

证明:不难发现方程左端

的导数:

函数(0,1)内可导,且

是函数

当x→a(或x→∞)时,函数

大,在点a的某个去心邻域内(或当│x│>N)时,

在[0,1]上连续,在,由罗尔定理

则:

=

都存在,

≠0,且

存在

,

都趋于零或无穷

可知,在0与1之间至少有一点c,使即

这种通过分子分母求导再来求极限来确定未定式的方法,

也就是:方程有一个实根

注:它是以前求极限的法则的补充,以前利用法则不好求

在0与1之间至少

就是所谓的罗彼塔(L'Hospital)法则

未定式问题

的极限,可利用此法则求解。

问题:什么样的式子称作未定式呢?

例题:求


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