Меню

Главная
Математика и физика
Материаловедение
Медицина здоровье отдых
Нотариат
Общениеэтика семья брак
Банковское биржевое дело и страхование
Безопасность жизнедеятельности и охрана труда
Биология и естествознание
Бухгалтерский учет и аудит
Военное дело и гражданская оборона
Информатика
Искусство и культура
Исторические личности
История
Логистика
Иностранные языки
Логика
             
Научно-образовательный портал
2FJ.RU
Главная

Реферат: Производная и ее применение

Реферат: Производная и ее применение



Реферат.



на тему “Производная, и ее применение ”.

Успенского
Сергея

Определение производной

Пусть х - произвольная точка, лежащая в некоторой окрестности точки Х0
(окрестность точки Х0 - это интервал (а; б), x0((а; 6)).

Разность х-Х° называется приращением аргумента:

?x = х-x0. Отсюда x = x0 + ?x.

Разность f(x)-f(x0) называется приращением функции:

?f = f(x) - f(x0) или

? f = f(x0+?x) – f(x0).

Отсюда f (x0+?x) = f (x0) + ? f.

Геометрический смысл приращений ?х и ? f показан на рисунке .
Производной функции y = f(x) в точке x0 называется предел отношения
приращения функции ?f к приращению аргумента ?x, стремящегося к "нулю."

Обозначается f ' (x0). Читается: "эф штрих в точке x0. Итак,

f ' (x0) = lim (? f / ?x)

?x? 0

Если функция у = f (х) имеет производную в точке x0 , то
говорят, что она дифференцируема в точке x0.

Нахождение производной данной функции называется дифференцированием.

Правила дифференцирования.

1. Если функции u и v дифференцируемы в точке x0, то их сумма также
дифференцируема в точке x0, причем производная суммы равна сумме
производных, т.е.

(( + ()'=(' + ('.

2. Если функции u и v дифференцируемы в точке x0, то их произведение
также дифференцируемо в точке x0 причем

(( - ()' = ('( + (('.

3. Если функции ( и ( дифференцируемы в точке х0 и

('(x0) ? 0, то их частное также дифференцируемо в точке x0, причем
((/()' = (('( - ((') / (?

4. Если функция и дифференцируема в точке x0 и с = const. то их
произведение также дифференцируемо в точке x0 причем (сu)' = си'.

5. Если f (g(х)) - сложная функция, то ее производная равна произведению
производных внешней и внутренней функций, т.е.

[f(g(x))]'= f '(g) ? g'(x).

Физический смысл производной.

Рассмотрим движение точки по прямой. Пусть задана координата точки в
любой момент времени x(t). Известно (из курса физики), что средняя
скорость за промежуток времени [t0; t0+ ?t] равна отношению расстояния,
пройденного за этот промежуток времени, на время, т.е.

Vср = ?x/?t. Перейдем к пределу в последнем равенстве при ?t ? 0.

lim Vср (t) = ((t0) - мгновенная скорость в момент времени t0, ?t ? 0.

а lim = ?x/?t = x'(t0) (по определению производной).

Итак, ((t) =x'(t).

Физический смысл производной заключается в следующем: производная
функции y = f(x) в точке x0 - это скорость изменения функции f (х) в
точке x0

Производная применяется в физике для нахождения скорости по известной
функции координаты от времени, ускорения по известной функции скорости
от времени.

((t) = x'(t) - скорость,

a(f) = ('(t) - ускорение, или

a(t) = x"(t).

Если известен закон движения материальной точки по окружности, то можно
найти угловую скорость и угловое ускорение при вращательном движении:

? = ?(t) - изменение угла от времени,

? = ?'(t) - угловая скорость,

? = ?'(t) - угловое ускорение, или ? = ?"(t).

Если известен закон распределения массы неоднородного стержня, то можно
найти линейную плотность неоднородного стержня:

m = m(х) - масса,

x ( [0; l], l - длина стержня,

р = m'(х) - линейная плотность.

С помощью производной решаются задачи из теории упругости и
гармонических колебаний. Так, по закону Гука

F = -kx, x – переменная координата, k- коэффициент упругости пружины.
Положив ?2 =k/m, получим дифференциальное уравнение пружинного маятника
х"(t) + ?2x(t) = 0,

где ? = ?k/?m частота колебаний (l/c), k - жесткость пружины (H/m).

Уравнение вида у" + ?2y = 0 называется уравнением гармонических
колебаний (механических, электрических, электромагнитных). Решением
таких уравнений является функция

у = Asin(?t + ?0) или у = Acos(?t + ?0), где

А - амплитуда колебаний, ? - циклическая частота,

? 0 - начальная фаза.

Элементы исследования функции с помощью пределов и производной.

С помощью производной функции устанавливают промежутки монотонности,
точки экстремума, наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке.

При этом используются следующие теоремы:

1. Если f ' (х) > 0 в каждой точке интервала I, то функция возрастает на
I. Если f ' (х) < 0 в каждой точке интервала I, то функция убывает на I.

2. Теорема Ферма (необходимое условие экстремума): если x0- точка
экстремума и в этой точке существует производная, то она равна нулю.

Определение. Внутренняя точка области определения, в которой производная
равна нулю или ее не существует, называется критической.

3. Достаточное условие экстремума: если функция f (x) непрерывна в точке
x0, а f '(х) > 0 на интервале (а; x0)

f '(х) < 0 на интервале (x0; b), то точка x° является точкой максимума.

Обозначается Xmax.

Или проще: если в окрестности точки x0 производная меняет знак с "+" на
"-", то х0- точка максимума. Если функция f(x) непрерывна в точке x0, a
f '(x) < 0 на (а; x0) и f '(х) > 0 на

(x0; b), то точка x0 является точкой минимума.

Или проще: если в окрестности точки x0 производная функции меняет знак с
"-" на "+", то x0 - точка минимума.

Обозначается “Xmin”.

Заметим, что необходимое условие не является достаточным. Например, для
функции у = х3, у' = Зх2, у'(х) = 0, если 3x2 = 0; х = 0 - критическая
точка. Но она не является точкой экстремума (см. график функции)

Достаточное условие экстремума также не является необходимым.

4. Теорема Вейерштрасса: непрерывная на отрезке [а; b] функция достигает
на этом отрезке наибольшего и наименьшего значения.

Правило нахождения наибольшего и наименьшего значения функции на

[а; b]:

а) убедиться, что функция у =f(x) непрерывна на [а; b];

б) найти критические точки, принадлежащие [а; b];

в) вычислить значения функции в этих точках и на концах отрезка;

г) сравнением установить наибольшее и наименьшее значение,

обозначается max f(X) = f(X1), min f(X) = f(X2)

[а; b ]
[а; b]

Примечания

1. Если рассматривают функцию не на отрезке, а на интервале (а; b), то
вычисляют вместо значений функции на концах пределы lim f(x) и lim f(x).

x?а
х?b

2. Не следует путать наименьшее и наибольшее значение функции с
минимумом и максимумом функции.

С помощью пределов исследуют "поведение" функции на бесконечности, а
также вблизи точек разрывами устанавливают наличие асимптот.

Асимптотой называется воображаемая линия, которую график функции не
может пересекать, но как угодно близко к ней приближается при
неограниченном изменении ее аргумента.

Если lim f(x) = а, то

x? ?

у = а - уравнение горизонтальной асимптоты.

Если lim f(x)= ± ?, то

x? x°± 0

х = x° - уравнение вертикальной асимптоты.

Если lim f (x) / x = k, тo k ? 0 и lim (f(x) - kx) = b, то

x? ?
x? ?

у = kx + b - уравнение наклонной асимптоты.

Геометрический смысл производной.

Рассмотрим график функции у = f (х), дифференцируемой в окрестностях
точки x0 (рис 2).

Рассмотрим произвольную прямую, проходящую через точку графика функции -
точку А(x0, f (х0)) и пересекающую график в некоторой точке 'B(x;f(x)).
Такая прямая (АВ) называется секущей. Из ?АВС:

АС = ?x; ВС = ?у; tg?=?y/?x .

Так как АС || Ox, то ALO = (BAC = ? (как соответственные при
параллельных). Но (ALO - это угол наклона секущей АВ к положительному
направлению оси Ох. Значит, tg? = k - угловой коэффициент прямой АВ.

Теперь будем уменьшать ?х, т.е. ?х? 0. При этом точка В будет
приближаться к точке А по графику, а секущая АВ будет поворачиваться.
Предельным положением секущей АВ при ?х? 0 будет прямая (a), называемая
касательной к графику функции у = f (х) в точке А.

Если перейти к пределу при ?х ? 0 в равенстве

tg? =?x/?y, то получим lim tg? = lim (?y/?x) или

tg( =f'(x0), так как lim tg? = tg(, (-угол наклона касательной к
положительному направлению оси Ох, lim ?x/?y =f '(x0)


?х ? 0
?х ? 0

по определению производной. Но tg( = k - угловой коэффициент
касательной, значит, k = tg( f '(x0).

Итак, геометрический смысл производной заключается в следующем:

Производная функции в точке x0 равна угловому коэффициенту касательной к
графику функции, проведенной в точке с абсциссой x0.

Литература:

“Справочник по математике” И. Бронштейн, К. Семендяев 1948 г.(стр. 309)

“Математика” Р. Л . Вейцман, Л . Р. Вейцман, 2000 г.

(стр. 42-48, 82)

“Алгебра начала анализа 10-11” А . Н . Колмогоров,

А . М . Абрамов, Ю . П . Дудницын, Б . М . Ивлев,

С . И . Шварцбурд, 1993 г.

(стр. 95-97)



 
 

Новости:


        Поиск

   
        Расширенный поиск

© Все права защищены.