Производная функции: онлайн-калькулятор с примерами решения задач

Содержание

  1. 1.Что такое производная функции
    1. 1.1.Примеры решения задач
  2. 2.Онлайн-калькулятор
  3. 3.Обозначение производной функции
  4. 4.Односторонние производные
  5. 5.Геометрический и физический смысл производной
    1. 5.1.Геометрический смысл производной
    2. 5.2.Как найти геометрический смысл производной?
    3. 5.3.Геометрический смысл производной
  6. 6.Таблица производных
Решим задачи по математике за 2 часа! Обратитесь к нашим экспертам!
Узнать стоимость
Введите функцию:

Что такое производная функции

output.png

Производной функции y=f(x)y = f(x) в точке x0x_0 называется предел отношения приращения функции в этой точке к приращению аргумента Δx\Delta x при Δx→0\Delta x→0 (при условии существования данного предела).

Приращение функции — это изменение её значения при изменении аргумента. Если аргумент xx изменяется на величину Δx\Delta x, то функция y=f(x)y=f(x) изменяется на Δy=f(x+Δx)−f(x)\Delta y = f(x+\Delta x) - f(x).

Приращение аргумента — это изменение независимой переменной xx, обозначаемое как Δx\Delta x.

Производная функции показывает, как меняется значение функции при малом изменении её аргумента. Это и есть скорость изменения функции в каждой точке.

Формула производной функции:
f′(x)=lim⁡Δx→0f(x+Δx)−f(x)Δxf'(x) = \lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x+\Delta x) - f(x)}{\Delta x}

Примеры решения задач

Пример 1

Найти производную функции f(x)=3x2−4x+5f(x) = 3x^2 - 4x + 5

Решение:
Чтобы найти производную функции, используем правила дифференцирования:

  • Производная xnx^n равна nxn−1nx^{n-1}.
  • Производная постоянной величины равна нулю.

Для функции f(x)=3x2−4x+5f(x) = 3x^2 - 4x + 5 применим эти правила:

  • Производная 3x23x^2 равна 6x6x.
  • Производная −4x-4x равна −4-4.
  • Производная константы 55 равна 00.

Итак, производная функции f(x)f(x):

f′(x)=6x−4f'(x) = 6x - 4

Пример 2

Найти производную функции f(x)=sin⁡(x)+cos⁡(x)f(x) = \sin(x) + \cos(x)

Решение:
Для этой задачи воспользуемся известными производными для тригонометрических функций:

  • Производная sin⁡(x)\sin(x) равна cos⁡(x)\cos(x).
  • Производная cos⁡(x)\cos(x) равна −sin⁡(x)-\sin(x).

Применим эти формулы к функции f(x)=sin⁡(x)+cos⁡(x)f(x) = \sin(x) + \cos(x):

  • Производная sin⁡(x)\sin(x) равна cos⁡(x)\cos(x).
  • Производная cos⁡(x)\cos(x) равна −sin⁡(x)-\sin(x).

Итак, производная функции f(x)f(x):

f′(x)=cos⁡(x)−sin⁡(x)f'(x) = \cos(x) - \sin(x)

Онлайн-калькулятор

Пусть задана функция y=f(x)y = f(x). Выберем любую точку x0x_0 из области определения DD этой функции. Приращение аргумента функции в точке x0x_0:
Δx\Delta x такое, что x0+Δx∈Dx_0 + \Delta x\in D.
Тогда Δy=f(x0+Δx)−f(x0)\Delta y =f (x_0 + \Delta x) - f(x_0).

Пример

Пусть f(x)=x3f(x) = x^3, x0=5x_0=5, Δx=1\Delta x =1.
Вычислим Δy\Delta y:
Δy=f(x0+Δx)−f(x0)=(5+1)3−53=216−125=91\Delta y = f(x_0 + \Delta x) - f(x_0) = (5+1)^3 - 5^3 = 216 - 125 = 91

Обозначение производной функции

Производная функции в точке x=x0x=x_0 обозначается как f′(x0)f'(x_0):

f′(x0)=lim⁡Δx→0ΔyΔx=lim⁡Δx→0f(x0+Δx)−f(x0)Δxf'(x_0) = \displaystyle\lim_{\Delta x→0} \frac{\Delta y}{\Delta x} = \displaystyle\lim_{\Delta x→0} \frac{f (x_0 + \Delta x) - f(x_0)}{\Delta x}

Пусть для некоторого x0:f′(x0)=lim⁡Δx→0ΔyΔx=±∞x_0:f'(x_0) = \displaystyle\lim_{\Delta x→0}\frac{\Delta y}{\Delta x} = ±∞.

В этом случае f(x)f(x) имеет в точке x0x_0 бесконечную производную.

Задача 1

Вычислим производную f(x)=x2f(x) = x^2 в точке x=x0x = x_0.

Снабдим аргумент xx в точке x0x_0 приращением Δx\Delta x:

Δy=f(x0+Δx)−f(x0)=(x0+Δx)2−x02=x02+2x0Δx+(Δx)2−x02=\Delta y= f(x_0 + \Delta x) - f(x_0) =(x_0 + \Delta x)^2 - x_0^2 = x_0^2 +2x_0\Delta x + (\Delta x)^2 - x_0^2 =
=2x0Δx+(Δx)2=2x_0\Delta x + (\Delta x)^2

Отсюда:

ΔyΔx=2x0Δx+(Δx)2Δx=Δx(2x0+Δx)Δx=2x0+Δx\frac{\Delta y}{\Delta x} =\frac{2x_0\Delta x + (\Delta x)^2}{\Delta x} =\frac{\Delta x(2x_0 + \Delta x)}{\Delta x} =2x_0 + \Delta x

Найдем предел этого отношения, устремив Δx\Delta x к нулю:
lim⁡Δx→0ΔyΔx=2x0+0=2x0\displaystyle\lim_{\Delta x→0}\frac{\Delta y}{\Delta x} = 2x_0 + 0 = 2x_0

f′(x0)=2x0f'(x_0) = 2x_0

Односторонние производные

Правой производной функции f(x)f(x) в точке x0x_0 называется предельное значение отношения Δy\Delta y к Δx\Delta x при Δx→0+\Delta x→0+, если данный предел существует.
Левой производной называется предельное значение того же отошения при Δx→0−\Delta x→0-
Обозначается как f+′(x0)f'_+(x_0) и f−′(x0)f'_- (x_0).

f+′(x0)=lim⁡Δx→0+ΔyΔx=lim⁡Δx→0+f(x0+Δx)−f(x0)Δxf'_+(x_0) = \displaystyle\lim_{\Delta x→0+}\frac{\Delta y}{\Delta x} = \displaystyle\lim_{\Delta x→0+}\frac{f(x_0 + \Delta x) - f(x_0)}{\Delta x}

f−′(x0)=lim⁡Δx→0−ΔyΔx=lim⁡Δx→0−f(x0+Δx)−f(x0)Δxf'_-(x_0) = \displaystyle\lim_{\Delta x→0-}\frac{\Delta y}{\Delta x} = \displaystyle\lim_{\Delta x→0-}\frac{f(x_0 + \Delta x) - f(x_0)}{\Delta x}

Напомним, что Δx→0+\Delta x→0+ и Δx→0−\Delta x→0- обозначают соответственно: Δx→0\Delta x→0, Δx>0\Delta x>0 и Δx→0\Delta x→0, Δx<0\Delta x<0

Правую и левую производные называют односторонними.

Из того, что f(x)f(x) имеет производную в точке x0x_0, следует: f(x)f(x) имеет в этой точке равные правую и левую производные. Из существования односторонних производных в точке не следует, что в ней имеется производная.

Пример

Рассмотрим функцию f(x)=∣x∣f(x) = |x|. Возьмем x0=0x_0 = 0 Тогда f+′(0)=1f'_+(0) = 1, f−′(0)=−1f'_- (0) = -1. Правая и левая производные существуют в точке x0=0x_0=0, но их значения не одинаковы, поэтому производной в x0x_0 = 0 не существует.

Геометрический и физический смысл производной

Геометрический смысл производной

Производная функции в определённой точке имеет геометрический смысл — это угловой коэффициент касательной к графику функции в этой точке. Это означает, что производная показывает, с какой скоростью изменяется функция в заданной точке.

Если рассматривать функцию f(x)f(x) и точку x0x_0, то касательная линия к графику функции в этой точке будет иметь угол наклона, равный значению производной функции в точке x0x_0:

f′(x0)=lim⁡Δx→0f(x0+Δx)−f(x0)Δxf'(x_0) = \lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x_0 + \Delta x) - f(x_0)}{\Delta x}

Этот угол наклона касательной и есть геометрический смысл производной функции. Чем больше значение производной, тем круче наклон касательной.

Как найти геометрический смысл производной?

Чтобы найти геометрический смысл производной функции в точке x0x_0, нужно:

  1. Взять производную функции f′(x)f'(x).
  2. Подставить значение точки x0x_0 в найденную производную.
  3. Результат даст угол наклона касательной линии к графику функции в точке x0x_0.

Геометрический смысл производной

output 1.png

Таблица производных

Производные степенных функций Производные тригонометрических функций Производные обратных тригонометрических функций Производные гиперболических функций
(const)(n)=0(\text{const})^{(n)} = 0 (sin⁡x)(n)=sin⁡(x+πn2)(\sin x)^{(n)} = \sin(x + \frac{\pi n}{2}) (arcsin⁡x)′=11−x2(\arcsin x)' = \frac{1}{\sqrt{1-x^2}} (sinh⁡x)′=cosh⁡x(\sinh x)' = \cosh x
(xa)(n)=a!(a−n)!xa−n(x^a)^{(n)} = \frac{a!}{(a-n)!}x^{a-n} (cos⁡x)(n)=cos⁡(x+πn2)(\cos x)^{(n)} = \cos(x + \frac{\pi n}{2}) (arccos⁡x)′=−11−x2(\arccos x)' = -\frac{1}{\sqrt{1-x^2}} (cosh⁡x)′=sinh⁡x(\cosh x)' = \sinh x
(ax)(n)=axln⁡na(a^x)^{(n)} = a^x \ln^n a (tan⁡x)′=sec⁡2x(\tan x)' = \sec^2 x (arctg⁡x)′=11+x2(\arctg x)' = \frac{1}{1+x^2} (tanh⁡x)′=sech2x(\tanh x)' = \text{sech}^2 x
(ax)(n)=axln⁡na(a^x)^{(n)} = a^x \ln n a (cot⁡x)′=−csc⁡2x(\cot x)' = -\csc^2 x (arccotx)′=−11+x2(arccot x)' = -\frac{1}{1+x^2} (cothx)′=−csch2x(\text{coth} x)' = -\text{csch}^2 x
(ex)(n)=ex(e^x)^{(n)} = e^x (sec⁡x)′=sec⁡x⋅tan⁡x(\sec x)' = \sec x \cdot \tan x (arcsecx)′=1xx2−1(arcsec x)' = \frac{1}{x\sqrt{x^2 - 1}} (schx)′=−sinh⁡xcosh⁡2x(\text{sch} x)' = -\frac{\sinh x}{\cosh^2 x}
(ln⁡x)(n)=(−1)n−1(n−1)!xnln⁡a(\ln x)^{(n)} = \frac{(-1)^{n-1}(n-1)!}{x^n \ln a} (csc⁡x)′=−cosecx⋅ctgx(\csc x)' = -\text{cosec} x \cdot \text{ctg} x (arccosecx)′=−1xx2−1(arccosec x)' = -\frac{1}{x\sqrt{x^2 - 1}} (cschx)′=−cosh⁡xsinh⁡2x(\text{csch} x)' = -\frac{\cosh x}{\sinh^2 x}

Научная статья по математике на заказ от проверенных экспертов по низкой цене!

Комментарии

Нет комментариев

Предыдущая статья

Таблица степеней

Следующая статья

Понятие интеграла
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Прямой эфир