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. |
||