Материалы, подготовленные в результате оказания услуги, помогают разобраться в теме и собрать нужную информацию, но не заменяют готовое решение.

Правила дифференцирования: доказательство и примеры

Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik.

Содержание:

Чтобы успешно решать задачи на дифференцирование, нужно уметь находить разные виды производных. Данная статья посвящена основным правилам дифференцирования, которые постоянно используются на практике. С помощью самого определения производной функции мы сформулируем доказательства всех этих правил и подробно рассмотрим несколько примеров, чтобы понять, как они применяются при решении задач.

Условимся заранее, что все функции  и , упомянутые здесь, будем считать дифференцируемыми на промежутке , иными словами, для любого  будет справедливо равенство . Здесь  считаются приращениями указанных функций. Также это можно записать как .

Определение 1

Сформулируем основные проблемы дифференцирования:

  1. Как вынести постоянный множитель за знак производной.
  2. Как вычислить производную суммы и производную разности.
  3. Как вычислить производную произведения функций.
  4. Как вычислить производную частного двух функций (дробного выражения с функциями).

Разберем все эти случаи по порядку.

Как вынести постоянный множитель за знак производной

Определение 2

Для начала нам нужно доказать следующую формулу:

Доказательство 1

Используя определение производной, запишем следующее:

Если в таком выражении у нас есть произвольный множитель, он может быть вынесен за знак предельного перехода (мы доказывали это утверждение, когда изучали свойства предела). Значит, .

Этим мы доказали первое правило дифференцирования. Разберем задачу на его применение. 

Пример 1

Дана функция . Необходимо вычислить ее производную.

Решение

Обратимся к таблице производных для тригонометрических функций и выясним, что .

Вынесем множитель за знак производной и получим:

Ответ: .

Это самый простой пример. На практике чаще всего приходится предварительно преобразовывать дифференцируемую функцию, чтобы увидеть нужное значение в таблице производных и применить соответствующее правило.

Пример 2

Продифференцировать функцию .

Решение

Зная свойства логарифмической функции, мы можем сразу записать, что . Теперь вспоминаем, как вычислить для нее производную, и выносим постоянный множитель:

Ответ: 

Пример 3

Дана функция . Вычислите ее производную.

Решение

Сначала нам нужно выполнить преобразование исходной функции.

Далее применяем изученное выше правило и берем из таблицы производных соответствующее значение:

Ответ: 

Как вычислить производную суммы и производную разности

Чтобы доказать второе правило дифференцирования , нам нужно вспомнить определение производной, а также одно из свойств, которым обладает предел непрерывной функции.

Определение 3

Доказательство 2

Так мы можем доказать равенство производной суммы или разности n-ного количества функций сумме или разности их производных:

Пример 4

Вычислить производную .

Решение

Первым делом упрощаем данную функцию.

После этого применяем второе правило – производной суммы/разности:

Первое правило говорит нам о том, что можно вынести постоянный множитель за знак производной, значит:

Нам остается только заглянуть в таблицу производных и взять оттуда соответствующее значение:

Ответ: 

Как вычислить производную произведения функций

Определение 4

Правило дифференцирования произведения двух функций выглядит следующим образом: 

Попробуем доказать его.  

Доказательство 3

Для начала вычислим предел отношения приращения произведения функций к приращению аргумента. Здесь нужно вспомнить, что , а , то есть если приращение аргумента стремится к , то и приращение функции также будет к нему стремиться.

Это и есть результат, который нам нужно было доказать.

Пример 5

Продифференцируйте функцию .

Решение

Здесь . Можем воспользоваться правилом производной произведения:

Берем нужное значение из таблицы производных основных элементарных функций и записываем ответ:

Ответ: 

Пример 6

Дана функция . Вычислите производную.

Решение

Здесь мы имеем . Значит,

Ответ: 

Теперь разберем, что нужно делать в случае, когда производную нужно найти для произведения трех функций. По той же схеме решаются задачи с произведениями четырех, пяти и большего количества функций.

Пример 7

Продифференцируйте функцию .

Решение

Возьмем за основу правило для двух функций. Будем считать функцией  произведение , а .

У нас получится следующее:

Чтобы найти , нам снова потребуется правило вычисления производной произведения:

С помощью этого правила и таблицы производных получим:

Теперь подставим в формулу то, что у нас получилось:

Ответ: 

Из этого примера видно, что иногда приходится применять несколько правил дифференцирования подряд для вычисления нужного результата. Это не так сложно, как кажется, главное – соблюдать нужную последовательность действий.

Пример 8

Дана функция , вычислите ее производную.

Решение 

Исходная функция является разностью выражений  и , значит, . Здесь можно вынести за знак производной число , а в другом произведении применить подходящее для произведений правило:

Ответ: 

Как вычислить производную частного двух функций (дробного выражения с функциями)

Определение 5

Данное правило выглядит следующим образом: .

Докажем его.  

Доказательство 4

Сразу отметим, что  не будет обращаться в  ни при каких значениях x из указанного промежутка. Согласно определению производной, получим:

Пример 9

Продифференцируйте функцию .

Решение

Эта функция является отношением двух выражений  и . Воспользуемся приведенным выше правилом дифференцирования дробного выражения и получим:

После этого нам потребуется правило для суммы, а также правило вынесения постоянного множителя за знак производной:

Ответ: 

Возьмем задачу на применение всех изученных правил.

Пример 10

Дана функция , где значение undefined является положительным действительным числом. Вычислите производную.

Решение

Поясним, как это получилось.

Первым слагаемым будет .

Вычисляем второе:

Вычисляем третье слагаемое:

Теперь собираем все, что у нас получилось:

Ответ:
 

В задачах, которые мы разобрали в этой статье, использовались только основные элементарные функции, которые были связаны между собой знаками простых арифметических действий. Они нагляднее всего иллюстрируют правила дифференцирования. Однако возможно их применение и к более сложным функциям.

После того, как мы разберем, что такое производная сложной функции, мы сможете проводить дифференцирование выражений любой сложности.

Математические онлайн-калькуляторы

Навигация по статьям

Выполненные работы по математике

  • Математика

    Линейная алгебра и геометрия Теория вероятностей

    • Вид работы:

      Контрольная работа

    • Выполнена:

      17 мая 2012

    • Стоимость:

      600 руб.

    Заказать такую же работу
  • Математика

    теория вероятности

    • Вид работы:

      Контрольная работа

    • Выполнена:

      16 апреля 2012

    • Стоимость:

      500 руб.

    Заказать такую же работу
  • Математика

    теория вероятности

    • Вид работы:

      Контрольная работа

    • Выполнена:

      16 апреля 2012

    • Стоимость:

      500 руб.

    Заказать такую же работу
  • Математика

    исследование функции и построение графика

    • Вид работы:

      Контрольная работа

    • Выполнена:

      27 марта 2012

    • Стоимость:

      200 руб.

    Заказать такую же работу
  • Математика

    две контрольных работы

    • Вид работы:

      Контрольная работа

    • Выполнена:

      25 января 2012

    • Стоимость:

      1 100 руб.

    Заказать такую же работу
  • Математика

    контрольная работа

    • Вид работы:

      Контрольная работа

    • Выполнена:

      24 января 2012

    • Стоимость:

      700 руб.

    Заказать такую же работу