Материал: Мат. анализ 1

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

16

4)

;

.

5) ;

.

Производные гиперболических функций.

1)

Функция гиперболический синус:

 

;

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5) Функция гиперболический косинус:

;

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6)

Функция гиперболический тангенс:

 

;

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7)

Функция гиперболический котангенс:

 

 

 

;

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, получили формулы для производных гиперболических функций:

 

 

,

 

 

 

 

,

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производная обратной функции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим функцию

 

строго монотонную и непрерывную на некотором

промежутке

с областью значений . Тогда, как известно, существует обратная функция

, которая является непрерывной на множестве (см.

, глава 5, §5).

Теорема.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть

строго монотонная и непрерывная функция на промежутке ,

,

. Пусть

дифференцируема в точке

и

 

. Тогда

обратная функция

дифференцируема в точке

, при этом:

 

 

.

Доказательство.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

Если

приращение функции

, то

приращение обратной функции

:

 

 

.

 

 

 

 

 

 

Из непрерывности обратной функции следует,

что если

 

, то и

,

причем если

, то и

, и наоборот (ввиду строгой монотонности этих функций).

Тогда имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. Теорема доказана.

Замечание. Формулы для производных взаимно-обратных функций можно записать в

виде:

 

или

 

.

 

 

Производные обратных тригонометрических функций.

8)

;

 

;

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9)

;

 

;

 

 

;

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10)

;

 

;

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11)

;

 

;

 

;

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

Таким образом, имеем формулы для производных обратных тригонометрических функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

,

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

.

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функции

и

имеют конечные производные в любой точке из

области определения;

функции

 

и

 

имеют конечные производные в

любой точке из области определения за исключением точек

, в которых

производные равны .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

Полученные формулы для производных основных элементарных функций, а также правила вычисления производных сведем в таблицы.

Таблица производных.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

Правила вычисления производных.

 

,

,

.

1.

 

 

 

 

 

 

2.

 

 

 

,

 

 

3.

 

 

 

 

 

 

4.

 

 

 

 

 

 

5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

,

 

8.

,

 

 

 

 

 

19

§ 5. Специальные методы дифференцирования функций.

До сих пор мы рассматривали функции, заданные в явном виде:

или

. Однако есть функции, заданные аналитически, но не в явном виде. И

для таких функций также возникает вопрос об их дифференцировании.

1. Дифференцирование неявных функций.

Пусть дано уравнение вида:

,

связывающее две переменные и . Если для каждого фиксированного значения из

некоторого множества

уравнение имеет единственное решение

, то говорят, что это

уравнение задает неявную функцию

,

.

 

 

Из определения неявной функции следует, что для всех

выполняется

равенство:

 

 

.

 

 

Всякую явно заданную функцию

 

можно записать как неявно заданную

уравнением:

, но не наоборот: не любую неявно заданную функцию можно

записать в виде явной функции.

 

 

 

 

Например, неявную функцию, заданную уравнением

, можно задать и

явно:

 

 

, а неявную функцию, заданную уравнением

, явно задать не

 

 

удастся.

 

 

 

 

 

Не всегда уравнение вида:

 

задает какую-либо неявную функцию.

Например, уравнение

 

не задает никакой функции.

 

Вопросы существования неявной функции, ее непрерывности и дифференцируемости рассматриваются в последующих разделах математического анализа.

Здесь мы рассмотрим лишь метод вычисления производных неявных функций, предполагая дифференцируемость этих функций.

Основная идея метода заключается в том, чтобы продифференцировать обе части

уравнения

по переменной , рассматривая при этом как функцию от , и

полученное затем уравнение разрешить относительно

. Полученное значение будет

выражаться через аргумент и неявную (неизвестную) функцию .

Примеры.

 

 

 

 

1)

;

 

 

 

 

;

 

 

;

 

;

 

 

;

 

 

 

 

.

 

 

20

2)

 

;

 

;

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

;

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

2. Дифференцирование параметрически заданных функций.

 

Зависимость между

переменными

 

 

и

может быть выражена через

вспомогательную переменную, называемую параметром:

 

,

 

параметр

некоторый промежуток .

 

Если функция

имеет обратную функцию

, то

сложная

функция от . Пусть функции

и

дифференцируемы по переменной

, тогда

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученное значение

также будет выражаться через параметр .

 

Таким образом, для параметрически заданной функции имеем:

.

Пример 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Логарифмическое дифференцирование.

При вычислении производных некоторых функций целесообразно сначала прологарифмировать (по любому основанию) заданные функции, а затем результат продифференцировать. Такая операция называется логарифмическим дифференцированием:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

Естественно, что логарифмирование целесообразно применять в тех случаях, когда

выражение

можно

упростить

для последующего дифференцирования.