高等数学-微分

高等数学-微分

SunnyDusk Lv3

一元函数微分学

导数

导数的定义

设函数y=f(x)y=f(x)在点x0x_0在某个邻域内有定义,当自变量xx在x0x_0处取得增量Δx\Delta x(点x0+Δxx_0+\Delta x仍在该邻域内)时,相应的因变量yy取得增量Δy=f(x0+Δx)−f(x0)\Delta y=f(x_0+\Delta x)-f(x_0)。
如果ΔyΔx\frac{\Delta y}{\Delta x}当Δx→0\Delta x \to 0时的极限存在,那么称函数y=f(x)y=f(x)在点x0x_0处求导,并称此极限为函数y=f(x)y=f(x)在点x0x_0处的导数,记作:
f′(x0)=lim⁡Δx→0ΔyΔx=lim⁡Δx→0f(x0+Δx)−f(x0)Δxf'(x_0)=\lim_{\Delta x \to 0}{\frac{\Delta y}{\Delta x} }=\lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}
也可记作y′∣x=x0′,dydx∣x=x0′,df(x)dx∣x=x0y'|_{x=x_{0'}},\frac{dy}{dx}|_{x=x_{0'}},\frac{df(x)}{dx}|_{x=x_0}
导数定义的几种等价形式:

  1. f′(x0)=lim⁡Δ→0f(x0+Δx)−f(x0)Δxf'(x_0)=\lim_{\Delta \to 0}\frac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}
  2. f′(x0)=lim⁡x→x0f(x)−f(x0)x−x0f'(x_0)=\lim_{x \to x_0}\frac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0}
  3. f′(x0)=lim⁡h→0f(x0+h)−f(x0)hf'(x_0)=\lim_{h \to 0}\frac{f(x_0+h)-f(x_0)}{h}

    例题:
    若f′(x0)=1,f(x0)=0f'(x_0)=1,f(x_0)=0,则lim⁡h→∞hf(x0−1h)\lim_{h \to \infty} hf(x_0-\frac{1}{h})=__-1__.
    解:令Δx=1h\Delta x=\frac{1}{h}
    原式=lim⁡Δx→0f(x0−Δx)−f(x0)Δx=−f′(x0)=−1\lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x_0-\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}=-f'(x_0)=-1
    导函数的定义

结论




导数的定义

函数f(x)f(x)在某点x0x_0的导数:

  • 定义式:lim⁡x→x0f(x)−f(x0)x−x0=f′(x0)\lim_{x \to x_0} \frac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0} =f'(x_0);
    引入:x−x0=Δxx-x_0=\Delta x
  • 增量式:lim⁡Δx→0f(x0+Δx)−f(x0)Δx=f′(x0)\lim_{\Delta x \to 0}{\frac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x} }=f'(x_0) ;
    注意:
    1. Δx\Delta x可以换成其余字母;
    2. 整体思想:Δx→□\Delta x \to \Box;
    3. Δx→0\Delta x \to 0,谁趋于0 ,谁就是Δx\Delta x;
  • 引申公式:lim⁡Δx→0f(x0+aΔx)−f(x0+bΔx)cΔx=a−bc⋅f′(x0)\lim_{\Delta x \to 0}\frac{f(x_0+a\Delta x)-f(x_0+b\Delta x)}{c \Delta x}=\frac{a-b}{c}\cdot f'(x_0)
    No face:f不要,直接作差,谁消失了乘上谁的导数;lim⁡Δx→0f(x0+aΔx)−f(x0+bΔx)cΔx\lim_{\Delta x \to 0}\frac{f(x_0+a\Delta x)-f(x_0+b\Delta x)}{c \Delta x}=(x0+aΔx)−(x0+bΔx)cΔx=(a−b)ΔxcΔx⋅f′(x0)\frac{(x_0+a \Delta x )-(x_0+b \Delta x)}{c \Delta x}=\frac{(a-b)\Delta x}{c\Delta x}\cdot f'(x_0) 例题:
    • 已知f(x)f(x)在x=x0x=x_0可导,则lim⁡h→0]f(x0+h)−f(x0)h=\lim_{h \to 0}]\frac{f(x_0+h)-f(x_0)}{h}=f′(x0)f'(x_0)_;
      解:原式=h→0;∴h=Δxh \to 0;\therefore h=\Delta x
      =lim⁡Δx→0]f(x0+Δx)−f(x0)Δx=f′(x0)\lim_{\Delta x \to 0}]\frac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}=f'(x_0)
      • 设f(x)f(x)在x=ax=a处可导,则lim⁡Δx→0f(a+Δx)−f(a−Δx)Δx=\lim_{\Delta x \to 0}\frac{f(a+\Delta x)-f(a-\Delta x)}{\Delta x}=2f′(a)2f'(a)__;
        解:原式=1−(−1)1⋅f(a)=2f′(a)\frac{1-(-1)}{1} \cdot f(a)=2f'(a)
        No face: (a+Δx)−(a−Δx)Δx⋅f′(a)=2ΔxΔx=2f′(a)\frac{(a+\Delta x)-(a-\Delta x)}{\Delta x}\cdot f'(a)=\frac{2\Delta x}{\Delta x}=2f'(a)
      • 设f′(0)=af'(0)=a,则lim⁡Δx→0f(−Δx)−f(0)Δx=\lim_{\Delta x \to 0}\frac{f(-\Delta x)-f(0)}{\Delta x}=_−a-a__;
        解:原式=−Δx−0Δx⋅f′(0)=−f′(0)=−a\frac{-\Delta x-0}{\Delta x} \cdot f'(0)=-f'(0)=-a
      • 设f′(x0)=−1f'(x_0)=-1,则lim⁡x→0xf(x0−2x)−f(x0−x)=\lim_{x \to 0}\frac{x}{f(x_0-2x)-f(x_0-x)}= 1;
        解:原式=lim⁡Δx→0Δxf(x0−2Δx)−f(x0−Δx)\lim_{\Delta x \to 0}\frac{\Delta x}{f(x_0-2\Delta x)-f(x_0-\Delta x)}
        =lim⁡Δx→01f(x0−2Δx)−f(x0−Δx)Δx\lim_{\Delta x \to 0}\frac{1}{\frac{f(x_0-2\Delta x)-f(x_0-\Delta x)}{\Delta x}}
        =lim⁡Δx→01−2−(−1)1⋅f′(x0)=1\lim_{\Delta x \to 0}\frac{1}{\frac{-2-(-1)}{1}\cdot f'(x_0)}=1

导数定义,求函数f(x)f(x)在某点的导数

特点:此时的f(x)f(x)为复杂的多项式,乘积形式;


已知f(x)f(x)某点导数,求相关极限

解法:根据导数定义,凑出相关极限
例题:
设f(x)f(x)在RR上连续,且f(0)=0f(0)=0,f′(0)=2f'(0)=2求lim⁡x→0f(ex−1)x\lim_{x \to 0}\frac{f(e^x-1)}{x}
解:原式= ∵f(0)=lim⁡x→0f(x)−f(0)x−0=lim⁡x→0f(x)x=2\because f(0)=\lim_{x \to 0} \frac{f(x)-f(0)}{x-0}=\lim_{x \to 0} \frac{f(x)}{x}=2
∴lim⁡x→0f(ex)−1x=lim⁡x→0f(ex)−f(0)(ex−1)−0⋅ex−1x=lim⁡x→02⋅ex−1x=2\therefore \lim_{x \to 0} \frac{f(e^x)-1}{x}=\lim_{x \to 0} \frac{f(e^x)-f(0)}{(e^x-1)-0} \cdot \frac{e^x-1}{x}=\lim_{x \to 0} 2\cdot \frac{e^x-1}{x}=2
已知f(x)f(x)在x=0x=0处连续,且f(0)=0f(0)=0,f′(0)=2f'(0)=2,求lim⁡x→0f()1−cos⁡xtan⁡x2\lim_{x \to 0}\frac{f()1-\cos x}{\tan x^2}
解:原式=∵lim⁡x→0f(x)x=2\because \lim_{x \to 0} \frac{f(x)}{x}=2
∴lim⁡x→0f(1−cos⁡x)tan⁡x2=lim⁡x→01−cos⁡xx2=lim⁡x→0f(1−cos⁡x)x−cos⁡x⋅1−cos⁡xx2=lim⁡x→02⋅12x2x2=1\therefore \lim_{x \to 0} \frac{f(1-\cos x)}{\tan x^2}=\lim_{x \to 0} \frac{1-\cos x}{x^2} =\lim_{x \to 0} \frac{f(1-\cos x) }{x-\cos x } \cdot \frac{1-\cos x}{x^2} =\lim_{x \to 0} 2 \cdot \frac{\frac{1}{2}x^2 }{x^2} =1

已知函数极限,求相关导数

已知f(x)f(x)在x=ax=a处连续,且lim⁡x→af(x)x−a=2\lim_{x \to a}\frac{f(x)}{x-a}=2,求f′(a)f'(a)及f(a)f(a).
解:原式=∵lim⁡x→0f(x)x−a=2\because \lim_{x \to 0} \frac{f(x)}{x-a} =2
极限存在,分子趋于0,分母趋于0
∴lim⁡x→0f(x)=f(a)=0\therefore \lim_{x \to 0} f(x)=f(a)=0
又f′(a)=lim⁡x→af(x)−f(a)x−a=lim⁡x→af(x)x−a=2f'(a)=\lim_{x \to a} \frac{f(x)-f(a)}{x-a}=\lim_{x \to a} \frac{f(x)}{x-a}=2


左导数与右导数

左、右导数定义

左导数和右导数统称单侧函数
f−′(x)=lim⁡x→x0−f(x)−f(x0)x−x0f_-'(x)=\lim_{x \to x_0^-}\frac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0}(左导数)
f+′(x)=lim⁡x→x0+f(x)−f(x0)x−x0f_+'(x)=\lim_{x \to x_0^+}\frac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0}(右导数)

  1. 函数在某点x0x_0的可导条件:f−′(x0)=f+′(x0)f_-'(x_0)=f_+'(x_0);(左导=右导)。
  2. 可导的必要条件:可导函数必连续;

题型:

  1. 告知f(x)f(x)可导,求参数。
  2. 可导→\to连续→\to极限;
    例题:
    设f(x)={ex.x>0sin⁡ax+b.x≤0f(x)=\left\{\begin{matrix}e^x.x>0 \\ \sin ax+b.x\le 0 \end{matrix}\right. ,在x=0x=0可导,求a,ba,b
    解:∵f(x)\because f(x)在x=0x=0可导,则f(x)f(x)在x=0x=0处连续x=o,f(0)=bx=o,f(0)=b lim⁡x→0−f(x)=lim⁡x→0−(sin⁡ax+b)=b\lim_{x \to 0^-}f(x)=\lim_{x \to 0^-}(\sin ax+b)=b lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0+ex=1\lim_{x \to 0^+}f(x)=\lim_{x \to 0^+}e^x =1→\tob=1b=1 2.又f−′(0)=f+′(0)f_-'(0)=f_+'(0)
    即:f−′(0)=lim⁡x→0−f(x)−f(0)x−0=lim⁡x→0−sin⁡ax+1−1x=af_-'(0)=\lim_{x \to 0^-}\frac{f(x)-f(0)}{x-0}=\lim_{x \to 0^-}\frac{\sin ax+1-1}{x}=af+′(0)=lim⁡x→0+f(x)−f(0)x−0=lim⁡x→0+ex−1x=1f_+'(0)=\lim_{x \to 0^+}\frac{f(x)-f(0)}{x-0}=\lim_{x \to 0^+}\frac{e^x-1}{x}=1→\toa=1a=1 综上:a=1,b=1a=1,b=1
    例题:
    若f(x)={ln(1+x2)x,x>0ax+b,x≤0f(x)=\left\{\begin{matrix} \frac{ln(1+x^2)}{x},x>0 \\ ax+b, x\le 0 \end{matrix}\right.在x=0x=0可导,求a,ba,b
    解:1.∵f(x)\because f(x)在x=0x=0可导,则f(x)f(x)在x=0x=0处连续x=0,f(0)=bx=0,f(0)=b lim⁡x→0−f(x)=lim⁡x→0−(sin⁡ax+b)=b\lim_{x \to 0^-}f(x)=\lim_{x \to 0^-}(\sin ax+b)=b lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0+ln(1+x2)x=lim⁡x→0+x2x=lim⁡x→0+x=0\lim_{x \to 0^+}f(x)=\lim_{x \to 0^+}\frac{ln(1+x^2)}{x} =\lim_{x \to 0^+}\frac{x^2}{x}=\lim_{x \to 0^+}x=0→\tob=0b=0 2.又f−′(0)=f+′(0)f_-'(0)=f_+'(0)
    即:f−′(0)=lim⁡x→0−f(x)−f(0)x−0=lim⁡x→0−sin⁡axx=af_-'(0)=\lim_{x \to 0^-}\frac{f(x)-f(0)}{x-0}=\lim_{x \to 0^-}\frac{\sin ax}{x}=af+′(0)=lim⁡x→0+f(x)−f(0)x−0=lim⁡x→0+ln(1+x2)x2=lim⁡x→0+x2x2=1f_+'(0)=\lim_{x \to 0^+}\frac{f(x)-f(0)}{x-0}=\lim_{x \to 0^+}\frac{ln(1+x^2)}{x^2}=\lim_{x \to 0^+}\frac{x^2}{x^2}=1→\toa=1a=1 综上:a=1,b=0a=1,b=0

可导与连续的关系

基本导数公式和四则运算求导法则



函数的求导方法

1.复合函数求导
求导法则:外层求导,再乘以内层求导。
例题:
设y=lncos⁡x,求y′y=ln \cos x, 求y'。
解:原式=y′=1cos⁡x⋅(−sin⁡x)y'=\frac{1}{\cos x}\cdot (- \sin x)
=−tan⁡x- \tan x
若函数f(x)f(x)可导,求函数y=f(1x3)y=f(\frac{1}{x^3})的导数。
解:原式=f′(1x3)⋅(−31x4)f'(\frac{1}{x^3}) \cdot (-3 \frac{1}{x^4})
=−3f′(1x3)x4\frac{-3f'(\frac{1}{x^3})}{x^4}
2.分段函数求导
求导方法:分段点两边分别求,中间分段点单独求
中间分段函数求导:
1.用导数的定义式求
2.导入左边导数得“左导数”,带入右边导数得“右导数”,若二者相等且分段函数连续,则值为分段点的导数值,若导数不相等或分段函数连续,则分段点导数值不存在;
3.隐函数求导
求导方法:
方程两边分别求导,注意方程中y是xy是x的复合函数
例题1:求由方程ey+xy−e=0e^y+xy-e=0所确定的隐函数的导数y′y'。
解:原式=y=f(x)y=f(x)
=eyy′+y+xy′−0=0e^yy'+y+xy'-0=0
=y′=−yey+xy'=\frac{-y}{e^y+x}
例题2:求由方程3xy+lny=13xy+lny=1所确定的隐函数在x=0x=0处的导数dydx∣x=0\frac{dy}{dx}|_{x=0}.
解:原式=3y+3x⋅y′+y′y=03y+3x \cdot y'+\frac{y'}{y}=0
=y′=−3y3x+1y=−3y23xy+1y'=\frac{-3y}{3x+\frac{1}{y}}=\frac{-3y^2}{3xy+1}
当x=0时,y=ex=0时,y=e
=dydx∣x=0=−3e20+1=−3e2\frac{dy}{dx}|_{x=0}=\frac{-3e^2}{0+1}=-3e^2
例题3: 设y=f(x)y=f(x)是由方程arcsin⁡y=ex\arcsin y=e^x确定的函数,求y′y'.
解:原式=arcsin⁡x=11−x2\arcsin x= \frac{1}{ \sqrt{1-x^2} }
=11−y2y′=ex\frac{1}{ \sqrt{1-y^2} } y'=e^x
=y′=ex1−y2y'=e^x\sqrt{1-y^2}
4.由参数方程确定的函数求导
求导方法:
y对t的导数除以x对t的导数

例题1:设函数y=y(x)y=y(x)由参数发方程
{x=3t2−1y=e2t+1\left\{\begin{matrix}x=3t^2-1 \\ y=e^{2t}+1 \end{matrix}\right. 确定,求dydx\frac{dy}{dx}
解:原式=dydt=2e2t\frac{dy}{dt}=2e^{2t}
=dxdt=6t\frac{dx}{dt}=6t
=dydx=2e2t6t=e2t3t\frac{dy}{dx}=\frac{2e^{2t} }{6t}=\frac{ e^{2t} }{3t}
例题2:已知参数方程 {x=t−1ty=12t2+lnt\left\{\begin{matrix} x=t-\frac{1}{t} \\ y=\frac{1}{2}t^2+lnt \end{matrix}\right.,求dydx∣t=1\frac{dy}{dx}|_{t=1}。
解:原式=dydt=t+1t\frac{dy}{dt}=t+\frac{1}{t}
=dxdt=1+1t2\frac{dx}{dt}=1+\frac{1}{t^2}
=dydx=t+1t1+1t2\frac{dy}{dx}=\frac{t+\frac{1}{t} }{1+\frac{1}{t^2} }
=t=1
5.幂指函数求导
求导方法:
对数求导法
例题1:求y=xx(x>0)y=x^x(x>0)的导数。
解:原式=lny=lnxx=xlnxlny=lnx^x=xlnx
隐函数求导
=y′y=lnx+x⋅1x\frac{y'}{y}=lnx+x \cdot \frac{1}{x}
=y′=y(lnx+1)y'=y(lnx+1)
=xx(lnx+1)x^x(lnx+1)
例题2:求y=xsin⁡x(x>0)y=x^{\sin x}(x>0) 的导数。
解:原式=lny=sin⁡x⋅lnxlny=\sin x \cdot lnx
=y′y=cos⁡x⋅lnx+sin⁡x⋅1x\frac{y'}{y}=\cos x \cdot lnx+\sin x \cdot \frac{1}{x}
=y′=xsin⁡x(cos⁡x⋅lnx+sin⁡xx)y'=x^{\sin x}(\cos x \cdot lnx+\frac{\sin x}{x})
例题3:求y=(1+2x)cos⁡x(x>−12)y=(1+2x)^{\cos x}(x>-\frac{1}{2})的导数。
解:原式=lny=cos⁡x⋅ln(1+2x)lny=\cos x \cdot ln(1+2x)
=y′y=−sin⁡x⋅ln(1+2x)+cos⁡x⋅21+2x\frac{y'}{y}=-\sin x \cdot ln(1+2x)+\cos x \cdot \frac{2}{1+2x}
=y′=(1+2x)cos⁡x(2⋅cos⁡x1+2x−sin⁡x⋅ln(1+2x))y'=(1+2x)^{\cos x}(\frac{2 \cdot \cos x}{1+2x}-\sin x \cdot ln(1+2x) )
6.多因子积商乘方构成的函数求导
求导方法:
对数求导法*

例题1:求(x−1)(x−2)(x−3)(x−4)\sqrt{\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)} } 的导数。
解:原式=lny=ln((x−1)(x−2)(x−3)(x−4))12=12ln(x−1)(x−2)(x−3)(x−4)lny=ln(\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)} )^\frac{1}{2}=\frac{1}{2} ln\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)}
=12(ln(x−1)+ln(x−2)−ln(x−3)−ln(x−4))\frac{1}{2}(ln(x-1)+ln(x-2)-ln(x-3)-ln(x-4) )
=2y′y=1x−1+1x−2−1x−3−1x−42\frac{y'}{y}=\frac{1}{x-1}+\frac{1}{x-2}-\frac{1}{x-3}-\frac{1}{x-4}
=y′=y2(1x−1+1x−2−1x−3−1x−4)y'=\frac{y}{2}(\frac{1}{x-1}+\frac{1}{x-2}-\frac{1}{x-3}-\frac{1}{x-4})

例题2
例题2

7.课堂总结


高阶导数

1.定义
对函数y=f(x)y=f(x)求导得到的y′y'称为一阶导数;对y′y'继续求导得到二阶导数y′′y''……;
从四阶导数开始,写法为y(4)y^{(4)} ;
对y(n−1)y^{(n-1)}求导得到n阶导数y(n)y^{(n)} ,或记作f(n)(x),dnydxn,dnf(x)dxnf^{(n)}(x),\frac{d^ny}{dx^n},\frac{d^nf(x)}{dx^n};二阶及其以上统称高阶导数。
2.求高阶导数的方法
(1).求二阶导数
一阶导数——>二阶导数
例题1:求函数y=2x4−x2+exy=2x^4-x^2+e^x的三阶导数。
解:原式=y′=8x3−2x+exy'=8x^3-2x+e^x
=y′′=24x2−2+exy''=24x^2-2+e^x
=y′′′=48x+exy'''=48x+e^x
例题2:求函数y=ln(sin⁡x)y=ln(\sin x)的二阶导数。
解原式=1sin⁡x⋅cos⁡x=cot⁡x=y′′=−csc⁡2x=\frac{1}{\sin x}\cdot \cos x=\cot x =y''=-\csc^2x
例题3:求函数x2+y2=1x^2+y^2=1的二阶导数。
解原式=2x+2y⋅y′=0=y′=−xy=y′′=−y−y′xy2=−y+xy⋅xy2=−1y3=2x+2y \cdot y'=0 =y'=-\frac{x}{y} =y''=-\frac{y-y'x}{y^2}=-\frac{y+\frac{x}{y} \cdot x }{y^2} =-\frac{1}{y^3}
(2).求三阶以上的导数
使用常用的高阶求导公式

常用高阶求导公式
常用高阶求导公式

例题4:设函数y=x2000+ex+cos⁡xy=x^{2000}+e^x+\cos x,则y(2025)=ex−sin⁡xy^{(2025)}=e^x-\sin x
(3).由参数方程确定的函数二阶导数

求导方法
求导方法

例题5:求函数y=y(x)y=y(x)由参数方程{x=12t2−1y=xt+1\left\{\begin{matrix} x=\frac{1}{2}t^2-1 \\ y=x^t+1 \end{matrix}\right.确定,求d2ydx2\frac{d^2y}{dx^2}。
解:原式=dydt=et=dxdt=t=dydx=ett=dy′dt=(ett)′=et⋅t−ett2=d2ydx2=et⋅t−ett3=\frac{dy}{dt}=e^t =\frac{dx}{dt}=t =\frac{dy}{dx}=\frac{e^t}{t} =\frac{dy'}{dt}=(\frac{e^t}{t})'=\frac{e^t \cdot t-e^t}{t^2} =\frac{d^2y}{dx^2}=\frac{e^t \cdot t-e^t}{t^3}
例题6:已知函数方程{x=t−1ty=12t2+lnt\left\{\begin{matrix} x=t-\frac{1}{t} \\ y=\frac{1}{2}t^2+lnt \end{matrix}\right.,求d2ydx2\frac{d^2y}{dx^2}。
解:原式=dydt=t+1t=dxdt=1+1t2=y′=dydx=t+1t1+1t2=t=dy′dt=1=d2ydx2=t2t2+1=\frac{dy}{dt}=t+\frac{1}{t} =\frac{dx}{dt}=1+\frac{1}{t^2} =y'=\frac{dy}{dx}=\frac{t+\frac{1}{t} }{1+\frac{1}{t^2} }=t =\frac{dy'}{dt}=1 =\frac{d^2y}{dx^2}=\frac{t^2}{t^2+1}


导数的习题

  1. 设f′(x0)f'(x_0)存在,则lim⁡Δx→0f(x0−12Δx)−f(x0)−Δx=−12÷−1=12f′(x0)\lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x_0-\frac{1}{2}\Delta x )-f(x_0)}{-\Delta x}=-\frac{1}{2} {\div} -1=\frac{1}{2}f'(x_0)
  2. 求函数y=f(cos⁡2x)y=f(\cos 2x)的导数。
    解:原式=y′=f′(cos⁡2x)⋅(−sin⁡2x)⋅2=−2sin⁡2xf′(cos⁡2x)y'=f'(\cos 2x) \cdot (-\sin 2x) \cdot 2 =-2 \sin 2x f'(\cos 2x)
  3. 求函数y=x+1−x−1x+1+x−1y=\frac{\sqrt{x+1}-\sqrt{x-1} }{\sqrt{x+1}+\sqrt{x-1} }的导数。
    解:原式=y=(x+1−x−1)2(x+1+x−1)(x+1−x−1)=2x−2x2−12=x−x2−1=y′=1−12(x2−1)−12⋅2x=1−xx2−1y=\frac{(\sqrt{x+1}-\sqrt{x-1} )^2}{(\sqrt{x+1}+\sqrt{x-1})(\sqrt{x+1}-\sqrt{x-1} ) } =\frac{2x-2\sqrt{x^2-1} }{2}=x-\sqrt{x^2-1} =y'=1-\frac{1}{2}(x^2-1)^{-\frac{1}{2}} \cdot 2x =1-\frac{x}{\sqrt{x^2-1} }
  4. 求由方程xy=ex+yxy=e^{x+y} 确定的隐函数的导数。
    解:原式=y+xy′=ex+y(1+y′)=y+xy′=ex+y+ex+yy′=y′=ex+y−yx−ex+yy+xy'=e^{x+y}(1+y') =y+xy'=e^{x+y}+e^{x+y}y' =y'=\frac{e^{x+y}-y}{x-e^{x+y} }
  5. 已知{x=etsin⁡ty=etcos⁡t\left\{\begin{matrix} x=e^t \sin t \\ y=e^t \cos t \end{matrix}\right.,求当t=π3时dydx的值t=\frac{\pi}{3}时\frac{dy}{dx}的值 。
    解:原式=dydt=(cos⁡t−sin⁡t)et=dxdt=et(cos⁡t+sin⁡t)=dydx=cos⁡t−sin⁡tcos⁡t+sin⁡t=dydx∣t=π3=12−3212+32=3−2\frac{dy}{dt}=(\cos t-\sin t)e^t =\frac{dx}{dt}=e^t(\cos t+\sin t) =\frac{dy}{dx}=\frac{\cos t-\sin t}{\cos t+\sin t} =\frac{dy}{dx}|_{t=\frac{\pi}{3}}=\frac{\frac{1}{2}-\frac{\sqrt{3} }{2} }{\frac{1}{2}+\frac{\sqrt{3} }{2} }=\sqrt{3}-2

微分

导数:f′(x)=lim⁡Δx→0ΔyΔx=dydx函数的增量自变量增量f'(x)=\lim_{\Delta x \to 0} \frac{\Delta y}{\Delta x}=\frac{dy}{dx} \frac{函数的增量}{自变量增量}代表斜率、变化率、即微商。
微分:dy=f′(x)dxdy=f'(x)dx 代表函数的增量(导数的乘积形式)。

证明
证明

  1. 微分的定义:如果函数的增量Δy=f(x0+Δx)−f(x0)\Delta y=f(x_0+\Delta x)-f(x_0)可以表示为Δy=A⋅Δx+o(Δx)\Delta y=A \cdot \Delta x+o(\Delta x) 其中A是不依赖与Δx\Delta x的常数,那么称函数y=f(x)在点x0y=f(x)在点x_0是可微的,而A⋅ΔxA \cdot \Delta x即为函数在该点的微分,记作: dy=A⋅Δxdy=A \cdot \Delta x 或dy=A⋅Δxdy=A \cdot \Delta x(其中dxdx是自变量的微分) 函数可导⟵等价⟶函数可微函数可导\longleftarrow等价 \longrightarrow 函数可微
  2. 基本微分公式及微分运算法则
    基本公式
    基本公式

    运算法则
    运算法则

微分中值定理

罗尔中值定理

如果函数f(x)f(x)满足以下条件 (缺一不可):

  1. 在闭区间[a,b][a,b]上连续;
  2. 在开区间(a,b)(a,b)上可导;
  3. f(a)=f(b)f(a)=f(b); 则在开区间(a,b)(a,b)上至少存在一点ξ\xi,使得f′(ξ)=0f'(\xi)=0
    生活实例
    生活实例

    不要和零点定理搞混!!!
    例题1:下列函数在给定区间内满足罗尔中值定理的是( )。 A、f(x)={x+1,x<51,x≥5[0,5]A、f(x)=\left\{\begin{matrix} x+1,x<5 \\ 1, x\ge 5 \end{matrix}\right. [0,5] B、f(x)=(x−1)23[0,2]B、f(x)=\sqrt[3]{(x-1)^2} [0,2] C、f(x)=x2−3x+2[1,2]C、f(x)= x^2-3x+2 [1,2] D、f(x)=∣x−1∣[0,2]D、f(x)=|x-1| [0,2] 解析:
    A:分段点x=5,带入,不连续。
    B:导函数定义域不能取值1,不可导。
    C:没有不满足定义域的点,连续;求导可导,左右导数相等0,满足条件。
    D:x=1,绝对值,连续不可导
    A、B、D不满足条件3,C满足条件1、2、3,故选C。
    例题2:证明方程 3a1x2−2a2x=a1−a23a_1x^2-2a_2x=a_1-a_2在(0,1)(0,1)上至少有一个实根。
    解析:证明方程在开区间内有实根。首先用零点定理,其次使用罗尔中值定理。
    证明:f(x)=3a1x2−2a2x−a1+a2f(x)=3a_1x^2-2a_2x-a_1+a_2 f(0)=−a1+a2f(0)=-a_1+a_2 f(1)=2a1−a2f(1)=2a_1-a_2 零点定理无用。 f′(x)=3a1x2−2a2x−a1+a2f'(x)=3a_1x^2-2a_2x-a_1+a_2 反推: f(x)=a1x3−a2x2−a1x+a2xf(x)=a_1x^3-a_2x^2-a_1x+a_2x
    答案
    答案

    标准解题
    标准解题

    例题3-1:已知函数f(x)f(x)在x∈Rx \in R范围内连续且可导,f(a)=f(b)=0f(a)=f(b)=0,证明至少存在一点ξ∈(a,b)\xi \in (a,b),使得f′(ξ)+f(ξ)=0f'(\xi)+f(\xi)=0
    解析:证明含有f′(ξ)f'(\xi)的等式,使用罗尔中值定理。
    证明:构造函数F(x)=f(x)⋅exF(x)=f(x) \cdot e^x
    显然F(x)F(x)在[a,b][a,b]上连续,在(a,b)(a,b)上可导 F(a)=0,F(b)=0F(a)=0,F(b)=0,且F′(x)=f′(x)ex+f(x)exF'(x)=f'(x)e^x+f(x)e^x 所以F(x)F(x)在[a,b][a,b]上满足罗尔中值定理的条件,故在(a,b)(a,b)上至少存在一点ξ\xi,使得F′(ξ)=0F'(\xi)=0
    即f′(ξ)eξ+f(ξ)eξ=0f'(\xi)e^{\xi}+f(\xi)e^{\xi}=0,化简得f′(ξ)+f(ξ)=0。f'(\xi)+f(\xi)=0。

例题3-2:已知函数f(x)f(x)在x∈Rx \in R范围内连续且可导,f(a)=f(b)=0f(a)=f(b)=0,证明至少存在一点ξ∈(a,b)\xi \in (a,b),使得f′(ξ)+2f(ξ)=0f'(\xi)+2f(\xi)=0
解析:f′(x)□+2f(x)□=0f'(x)\Box +2f(x)\Box =0,使用(uv)′=u′v+uv′使用(uv)'=u'v+uv'
∴□=e2x\therefore \Box =e^{2x}
证明:构造函数F(x)=f(x)⋅e2xF(x)=f(x) \cdot e^{2x}
显然F(x)F(x)在[a,b][a,b]上连续,在(a,b)(a,b)上可导
F(a)=0,F(b)=0F(a)=0,F(b)=0
且F′(x)=f′(x)e2x+2f(x)e2xF'(x)=f'(x)e^{2x}+2f(x)e^{2x }
所以F(x)F(x)在[a,b][a,b]上满足罗尔中值定理的条件,故在(a,b)(a,b)上至少存在一点ξ\xi,使得F′(ξ)=0F'(\xi)=0
即f′(ξ)+2f(ξ)=0。f'(\xi)+2f(\xi)=0。

例题3-3:已知函数f(x)f(x)在x∈Rx \in R范围内连续且可导,f(a)=f(b)=0f(a)=f(b)=0,证明至少存在一点ξ∈(a,b)\xi \in (a,b),使得f′(ξ)+2ξf(ξ)=0f'(\xi)+2\xi f(\xi)=0
解析:f′(x)□+2xf(x)□=0f'(x)\Box +2xf(x)\Box =0,使用(uv)′=u′v+uv′使用(uv)'=u'v+uv'
∴□=ex2\therefore \Box =e^{x^2}
证明:构造函数F(x)=f(x)⋅ex2F(x)=f(x) \cdot e^{x^2}
显然F(x)F(x)在[a,b][a,b]上连续,在(a,b)(a,b)上可导
F(a)=0,F(b)=0F(a)=0,F(b)=0,且F′(x)=f′(x)ex2+2f(x)ex2F'(x)=f'(x)e^{x^2}+2f(x)e^{x^2}
所以F(x)F(x)在[a,b][a,b]上满足罗尔中值定理的条件,
故在(a,b)(a,b)上至少存在一点ξ\xi,使得F′(ξ)=0F'(\xi)=0
即f′(ξ)+2ξf(ξ)=0。f'(\xi)+2\xi f(\xi)=0。

例题3-4:已知函数f(x)f(x)在x∈Rx \in R范围内连续且可导,f(a)=f(b)=0f(a)=f(b)=0,证明至少存在一点ξ∈(a,b)\xi \in (a,b),使得ξnf′(ξ)+f(ξ)=0,n\frac{\xi}{n}f'(\xi)+f(\xi)=0,n为正整数。
解析:f′(x)xn□+f(x)□=0f'(x)\frac{x}{n} \Box +f(x)\Box =0,使用(uv)′=u′v+uv′使用(uv)'=u'v+uv'
∴□=xn\therefore \Box =x^n
证明:构造函数F(x)=f(x)⋅xnF(x)=f(x) \cdot x^n
显然F(x)F(x)在[a,b][a,b]上连续,在(a,b)(a,b)上可导
F(a)=0,F(b)=0F(a)=0,F(b)=0,且F′(x)=f′(x)⋅xn+f(x)⋅nx⋅xnF'(x)=f'(x) \cdot x^n+f(x) \cdot \frac{n}{x}\cdot x^n
所以F(x)F(x)在[a,b][a,b]上满足罗尔中值定理的条件,
故在(a,b)(a,b)上至少存在一点ξ\xi,使得F′(ξ)=0F'(\xi)=0
即f′(ξ)⋅ξn+f(ξ)⋅nξ⋅ξn=0。f'(\xi) \cdot \xi ^n+f(\xi) \cdot \frac{n}{\xi} \cdot \xi ^n=0。,化简得ξnf′(ξ)+f(ξ)=0。\frac{\xi }{n} f'(\xi)+f(\xi)=0。
例题3总结

例题4-1:已知函数f(x)f(x)在x∈Rx \in R范围内连续且可导,f(a)=f(b)=0f(a)=f(b)=0,证明至少存在一点ξ∈(a,b)\xi \in (a,b),使得f′(ξ)−f(ξ)=0f'(\xi)-f(\xi)=0。
解析:f′(x)□−f(x)□=0f'(x) \Box -f(x)\Box =0,使用(uv)′=u′v−uv′v2使用(\frac{u}{v})'=\frac{u'v-uv'}{v^2}
∴□=ex\therefore \Box =e^x
证明:构造函数F(x)=f(x)exF(x)=\frac{f(x)}{e^x}
显然F(x)F(x)在[a,b][a,b]上连续,在(a,b)(a,b)上可导
F(a)=0,F(b)=0F(a)=0,F(b)=0,且F′(x)=f′(x)⋅ex−f(x)⋅ex(ex)2F'(x)=\frac{f'(x)\cdot e^x-f(x)\cdot e^x}{(e^x)^2}
所以F(x)F(x)在[a,b][a,b]上满足罗尔中值定理的条件,
故在(a,b)(a,b)上至少存在一点ξ\xi,使得F′(ξ)=0F'(\xi)=0
即f′(ξ)⋅eξ−f(ξ)⋅eξ(eξ)2=0\frac{f'(\xi)\cdot e^\xi-f(\xi) \cdot e^\xi}{(e^\xi)^2}=0,化简得f′(ξ)−f(ξ)=0f'(\xi)-f(\xi)=0。
例题4总结

例题:若f(x)f(x)在[1,e][1,e]连续,(1,e)(1,e)可导,且f(1)=0,f(e)=1f(1)=0,f(e)=1,证明:存在一点ξ∈(1,e)\xi \in (1,e),使ξ⋅f′(ξ)=1\xi \cdot f'(\xi )=1
证明:构造函数F(x)=f(x)⋅ln⁡xF(x)=f(x) \cdot \ln x
F′(x)=f′(x)−12F'(x)=f'(x)-\frac{1}{2}
F(1)=0,F(e)=1F(1)=0,F(e)=1
F′(1)=f′(1)−ln⁡1=0F'(1)=f'(1)-\ln 1=0
F′(e)=f(e)−ln⁡e=0F'(e)=f(e)-\ln e=0
f′(1)=f′(e)=0f'(1)=f'(e)=0
有罗尔中值定理,存在一点ξ∈(1,e)\xi \in (1,e)
F′(ξ)=0F'(\xi)=0
即f′(ξ)−1ξ=0f'(\xi)-\frac{1}{\xi}=0
即f′(ξ)=1ξf'(\xi)=\frac{1}{\xi}
即ξf′(ξ)=1\xi f'(\xi)=1


拉格朗日中值定理

如果函数y=f(x)y=f(x)满足以下条件(两端点函数差/两端点差)(缺一不可):

  1. 在闭区间[a,b][a,b]上连续;
  2. 在开区间(a,b)(a,b)上可导;
    则在开区间(a,b)(a,b)上至少存在一点ξ\xi,使得f′(ξ)=f(b)−f(a)b−af'(\xi)=\frac{f(b)-f(a)}{b-a}

    例题1:在下列区间上,函数f(x)=ex−3x13f(x)=e^x-3x^{\frac{1}{3} } 不满足拉格朗日中值定理的条件的是( C )。
    A.[−1,0][-1,0]
    B.[0,1][0,1]
    C.[−1,1][-1,1]
    D.[1,e][1,e]
    解析:闭区间内连续—>看f(x)f(x)的定义域,找间断点(定义域R,无间断点);
    开区间内可导—>求f′(x),看f′(x)f'(x),看f'(x)的定义域,找间断点。f′(x)=ex−1x23(x≠0)f'(x)=e^x-\frac{1}{\sqrt[3]{x^2} }(x \ne 0) 只有C的开区间含0,所以选C。

例题2:函数f(x)=12x2−xf(x)=\frac{1}{2}x^2-x在区间[1,2][1,2]上满足拉格朗日中值定理条件的ξ=(32)\xi=( \frac{3}{2} )。
解:f′(x)=x−1f'(x)=x-1
f(1)=12⋅12−1=−12f(1)=\frac{1}{2} \cdot 1^2-1=-\frac{1}{2}
f(2)=12⋅22−2=0f(2)=\frac{1}{2} \cdot 2^2-2=0
∴f(2)−f(1)2−1=12\therefore \frac{f(2)-f(1)}{2-1}=\frac{1}{2}
∴ξ=1+12=32\therefore \xi=1+\frac{1}{2}=\frac{3}{2}

例题3-1:设0<b<c0<b<c,求证b−a1+b2<arctan⁡b−arctan⁡a<b−a1+a2\frac{b-a}{1+b^2}<\arctan b-\arctan a<\frac{b-a}{1+a^2}
证明:构造函数f(x)=arctan⁡xf(x)=\arctan x
显然f(x)f(x)在[a,b][a,b]上连续,在(a,b)(a,b)上可导
所以f(x)f(x)在[a,b][a,b]上满足拉格朗日中值定理的条件,且在(a,b)(a,b)内至少存在一点
ξ\xi使得f′(ξ)=arctan⁡b−arctan⁡ab−af'(\xi)=\frac{\arctan b-\arctan a}{b-a}
f′(ξ)=11+ξ2,arctan⁡b−arctan⁡a=b−a1+ξ2f'(\xi)=\frac{1}{1+\xi^2},\arctan b-\arctan a=\frac{b-a}{1+\xi^2}
因为a<ξ<ba<\xi<b,所以b−a1+b2<b−a1+ξ2<b−a1+a2\frac{b-a}{1+b^2}<\frac{b-a}{1+\xi^2}<\frac{b-a}{1+a^2}
所以b−a1+b2<arctan⁡b−arctan⁡a<b−a1+a2\frac{b-a}{1+b^2}<\arctan b-\arctan a<\frac{b-a}{1+a^2}

例题3-2:设x>0x>0,求证x1+x<ln(1+x)<x\frac{x}{1+x}<ln(1+x)<x。
证明:构造函数f(x)=ln(x)f(x)=ln(x)
显然f(x)f(x)在[1,1+x][1,1+x]上连续,在(1,1+x)(1,1+x)上可导
所以f(x)f(x)在[1,1+x][1,1+x]上满足拉格朗日中值定理的条件,且在(1,1+x)(1,1+x)内至少存在一点
ξ\xi,使得f′(ξ)=ln(1+x)−ln11+x−1=ln(1+x)xf'(\xi)=\frac{ln(1+x)-ln1}{1+x-1}=\frac{ln(1+x)}{x}
f′(ξ)=1ξ,ln(1+x)−ln1=x⋅1ξ=xξf'(\xi)=\frac{1}{\xi},ln(1+x)-ln1=x \cdot \frac{1}{\xi}=\frac{x}{\xi}
因为1<ξ<1+x1<\xi<1+x,所以x1+x<xξ<x\frac{x}{1+x}<\frac{x}{\xi}<x
所以x1+x<ln(1+x)<x\frac{x}{1+x}<ln(1+x)<x

例题3-3:设x∈(0,π2)x \in (0,\frac{\pi}{2}),求证x<tan⁡x<xcos⁡2xx<\tan x<\frac{x}{\cos ^2x}
证明:构造函数f(x)=tan⁡xf(x)=\tan x
显然f(x)f(x)在[0,x][0,x]上连续,在(0,x)(0,x)上可导
所以f(x)f(x)在[0,x][0,x]上满足拉格朗日中值定理的条件,且在(0,x)(0,x)内至少存在一点
ξ\xi,使得f′(ξ)=tan⁡x−tan⁡0x−0=tan⁡xxf'(\xi)=\frac{\tan x-\tan 0}{x-0}=\frac{\tan x}{x}
f′(ξ)=1cos⁡2ξ,tan⁡x−tan⁡0=x⋅1cos⁡2ξ=xcos⁡2ξf'(\xi)=\frac{1}{\cos ^2\xi},\tan x-\tan 0=x \cdot \frac{1}{\cos ^2\xi}=\frac{x}{\cos ^2\xi}
因为0<ξ<x0<\xi<x,所以x<xcos⁡2ξ<xcos⁡2xx<\frac{x}{\cos ^2\xi}<\frac{x}{\cos ^2x}
所以x<tan⁡x<xcos⁡2xx<\tan x<\frac{x}{\cos ^2x}

例题3总结:


柯西中值定理


洛必达法则

lim⁡x→x0/x→∞f(x)g(x)=lim⁡x→x0/x→∞f′(x)g′(x)\lim_{x \to x_0/x \to \infty }\frac{f(x)}{g(x)}= \lim_{x \to x_0/x \to \infty }\frac{f'(x) } {g'(x)}

两函数之商求极限等于两函数导数之商的极限。
使用洛必达法则的两个前提:

  1. f(x),g(x)f(x),g(x)同时趋近于0或同时趋近于∞\infty极限为00\frac{0}{0} 或 ∞∞\frac{ \infty }{ \infty } 的未定式;
  2. lim⁡x→x0/x→∞f′(x)g′(x)\lim_{x \to x_0/x \to \infty }\frac{f'(x)}{g'(x)}存在或为∞\infty
    洛必达注意事项:
    同一道题中洛必达可以和等价无穷小可以交替使用,但是同一步骤中绝对不能混用
    不要盲目使用洛必达法则,能化简先化简。
    使用洛必达法则前,如果存在非0非无穷因子可先带入,可简化计算。(条件:整体的极限式子可看作是非0非无穷因子和,另外一个式子的乘积的形式,局部加减的非0非无穷式子不能先行带入!)
    如果洛必达之后极限不存在,那么洛必达法则失效,应采用其他方法计算。
    如果洛必达之后陷入了死循环,那么洛必达法则失效,应采用其他方法计算。

例题1:求lim⁡x→+∞x100ex\lim_{x \to +\infty}\frac{x^{100} }{e^x}
解:原式=lim⁡x→+∞100x99ex=lim⁡x→+∞9900x98ex=lim⁡x→+∞980100x97ex=lim⁡x→+∞97029900x96ex……=lim⁡x→+∞100!x0ex=0\lim_{x \to +\infty}\frac{100x^{99} }{e^x} =\lim_{x \to +\infty}\frac{9900x^{98} }{e^x} =\lim_{x \to +\infty}\frac{980100x^{97} }{e^x} =\lim_{x \to +\infty}\frac{97029900x^{96} }{e^x} …… =\lim_{x \to +\infty}\frac{100!x^0}{e^x} =0
例题2:求lim⁡x→0s−sin⁡xx2sin⁡x\lim_{x \to 0}\frac{s-\sin x}{x^2 \sin x}
解:原式=lim⁡x→0x−sin⁡xx3=lim⁡x→01−cos⁡x3x2=lim⁡x→0sin⁡x6x=lim⁡x→0x6x=16=\lim_{x \to 0}\frac{x-\sin x}{x3} =\lim_{x \to 0}\frac{1-\cos x}{3x^2} =\lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{6x} =\lim_{x \to 0}\frac{x}{6x} =\frac{1}{6}


x→0时,(x−sin⁡x) 16x3{\color{Red} x \to 0 时,(x-\sin x)~\frac{1}{6}x^3}


例题3:求lim⁡x→0tan⁡x−xx−sin⁡x\lim_{x \to 0}\frac{\tan x-x}{x-\sin x}
解:原式=lim⁡x→01cos⁡2x−11−cos⁡x=lim⁡x→01+cos⁡xcos⁡2x=lim⁡x→01+11=2=\lim_{x \to 0}\frac{\frac{1}{\cos ^2x}-1}{1-\cos x} =\lim_{x \to 0}\frac{1+\cos x}{\cos ^2x} =\lim_{x \to 0}\frac{1+1}{1} =2


x→0时,(tan⁡x−x) 13x3{\color{Red} x \to 0 时,(\tan x-x)~\frac{1}{3}x^3}


例题4:求lim⁡x→π2ex⋅cos⁡xπ2−x\lim_{x \to \frac{\pi}{2} }\frac{e^x \cdot \cos x}{\frac{\pi}{2}-x}
使用非0非无穷因子先行带入
解:原式=eπ2lim⁡x→π2cos⁡xπ2−x=eπ2lim⁡x→π2−sin⁡x−1=eπ2lim⁡x→π2−1−1=eπ2=e^{\frac{\pi}{2} } \lim_{x \to \frac{\pi}{2} }\frac{\cos x}{\frac{\pi}{2}-x} =e^{\frac{\pi}{2} } \lim_{x \to \frac{\pi}{2} }\frac{-\sin x}{-1} =e^{\frac{\pi}{2} } \lim_{x \to \frac{\pi}{2} }\frac{-1}{-1} =e^{\frac{\pi}{2} }
例题5:求lim⁡x→∞sin⁡x−xcos⁡xx3cos⁡x\lim_{x \to \infty}\frac{\sin x-x \cos x}{x^3 \cos x}
解:原式=1cos⁡0⋅lim⁡x→∞sin⁡x−x⋅cos⁡xx3=1⋅lim⁡x→∞cos⁡x−(cos⁡x−x⋅sin⁡x)3x2=lim⁡x→∞x⋅sin⁡x3x2=lim⁡x→∞sin⁡x3x=13=\frac{1}{\cos 0} \cdot \lim_{x \to \infty}\frac{\sin x- x \cdot \cos x}{x^3} =1 \cdot \lim_{x \to \infty}\frac{\cos x- (\cos x -x \cdot \sin x) }{3x^2} =\lim_{x \to \infty}\frac{x \cdot \sin x}{3x^2} =\lim_{x \to \infty}\frac{\sin x}{3x} =\frac{1}{3}


注意事项:洛完无极限,洛必达法则失效,应采用其他方法计算。
例题6:求lim⁡x→∞sin⁡x+xx\lim_{x \to \infty}\frac{\sin x+x}{x}
解:原式=lim⁡x→∞sin⁡xx+1=0+1=1=\lim_{x \to \infty}\frac{\sin x}{x}+1 =0+1 =1


注意事项:洛完陷入死循环,洛必达法则失效,应采用其他方法计算。
例题7:求lim⁡x→∞ex−e−xe+e−x\lim_{x \to \infty}\frac{e^x-e{-x} }{e^+e{-x} }
解:原式上下同除以ex=lim⁡x→∞1+1(ex)21−1(ex)2=1+01−0=1上下同除以e^x =\lim_{x \to \infty}\frac{1+\frac{1}{(e^x)^2} }{1-\frac{1}{(e^x)^2} } =\frac{1+0}{1-0} =1

总结


00\frac{0}{0}或∞∞\frac{\infty}{\infty} 型 limf(x)g(x)=limf′(x)g′(x)=limf′′(x)g′′(x)=……=Alim{\frac{f(x)}{g(x)}}=lim{\frac{f'(x)}{g'(x)}}=lim{\frac{f''(x)}{g''(x)}}=……=A

注意:

  1. 分子分母各自同时求导;
  2. 洛必达法则一般配合等价使用;
    !!万事不对洛必达

导数在研究函数中的应用

切线方程与法线方程

函数在某一点处的导数的几何意义即在该点处切线的斜率。
法线和切线垂直,如果两条直线垂直,那么斜率之积=-1。
确定直线方程:如果只给了一个点(x0,y0)(x_0,y_0),只要确定了斜率kk,那么直线方程为(点斜式)y−y0=k(x−x0)y-y_0=k(x-x_0)
k切=f′(x0),K法=−1f′(x0)k_切=f'(x_0), K_法=-\frac{1}{f'(x_0) }
求切线方程和法线方程的解题步骤:
(1). 求y0y_0;
(2). 求f′(x0)f'(x_0);
a. 先求f′(x)f'(x),再将x0x_0代入;
b. 用导数定义式直接求。
(3). 带入点斜式直线方程;
a. 切线方程y−y0=f′(x0)(x−x0)y-y_0=f'(x_0)(x-x_0);
b. 法线方程y−y0=−1f′(x0)(x−x0)y-y_0=-\frac{1}{f'(x_0) } (x-x_0);
例题1:求函数f(x)=x2−3x+1f(x)=x^2-3x+1在点(1,−1)(1,-1) 处的切线方程和法线方程。
解:
f′(x)=2x−3f'(x)=2x-3
当x=1x=1时,f′(x)=2⋅1−3=−1f'(x)=2 \cdot 1-3=-1
切线方程y−(−1)=−1(x−1)y-(-1)=-1(x-1)
y=−xy=-x
法线方程y−(−1)=−1−1(x−1)y-(-1)=-\frac{1}{-1}(x-1)
y=x−2y=x-2
例题2:求函数y=2exy=2e^x在x=0x=0处的切线方程和法线方程。
解:
如果题目只告诉了x,那这个x带入原方程求y
y=2e0=2y=2e^0=2
f′(x)=2exf'(x)=2e^x
当x=0x=0时,f′(x0)=2e0=2f'(x_0)=2e^0=2
切线方程y−2=2(x−0)y-2=2(x-0)
y=2x+2y=2x+2
法线方程y−2=−12(x−0)y-2=-\frac{1}{2}(x-0)
y=−12x+2y=-\frac{1}{2}x+2
例题3:若函数f(x)=1−x3f(x)=1-x^3与函数g(x)=lnxg(x)=lnx在y=ay=a处的切线互相垂直,则(a=13a=\frac{1}{3})。
解:
Kf⋅Kg=−1K_f \cdot K_g=-1
f′(a)=−3a2f'(a)=-3a^2
g′(a)=1ag'(a)=\frac{1}{a}
f′(a)⋅g′(a)=−3a2⋅1a=−3a=−1f'(a) \cdot g'(a)=-3a^2 \cdot \frac{1}{a}=-3a=-1
a=13a=\frac{1}{3}


函数的单调性

导数 函数单调性
f’(x)>0 单调增加
f’(x)<0 单调减少

当f′(x)=0f'(x)=0或f′(x)f'(x)不存在时,单调性?
当f′(x)=0f'(x)=0时称为驻点,驻点两侧单调性可能相同也可能不同;
当f′(x)f'(x)不存在时,两侧单调性可能相同也可能不同。


求函数单调区间的步骤:
(1). 求函数f(x)f(x)的定义域,并得到间断点;
(2). 求导函数f′(x)f'(x);
(3). 求驻点和不可导点,用驻点,不可导点,间断点把定义域分成若干区间;
(4). 列表讨论每个区间内f′(x)f'(x)的正负,写出单调区间;
例题1:求函数f(x)=x+1xf(x)=x+\frac{1}{x}的单调区间。
解:
函数的定义域为(−∞,0)∪(0,+∞)(-\infty,0)\cup (0,+\infty)
间断点为x=0x=0
f′(x)=1−1x2f'(x)=1-\frac{1}{x^2}
f′(x)=0f'(x)=0时,x=1x=1或x=−1x=-1以及不可导点x=0x=0

(-∞,-1) -1 (-1,0) 0 (0,1) 1 (1,+∞)
f’(x) + 0 - × - 0 +
f(x) 单增 单减 单减 单增

由上表可知,单增(−∞,−1)(-\infty,-1)和(1,+∞)(1,+\infty);
单减(−1,0)(-1,0)和(0,1)(0,1);


利用单调性证明不等式:
解题步骤:
(1). 构造函数F(x)=左边−右边F(x)=左边-右边;
(2). 求导函数F′(x)F'(x),并判断正负;
(3). 根据F′(x)F'(x)的正负判定F(x)F(x)的单调性;
(4). 解出区间端点函数值(通常为0),根据单调性即得F(x)>0F(x)>0或F(x)<0F(x)<0;
例题2:证明x>0x>0时,ln⁡(1+x)<x\ln (1+x)<x。
证明:构造函数F(x)=ln⁡(1+x)−xF(x)=\ln (1+x)-x
F′(x)=11+x−1=1−(1+x)1+xF'(x)=\frac{1}{1+x}-1=\frac{1-(1+x)}{1+x}
当F′(x)>0F'(x)>0时,F(x)<0F(x)<0
∴F(0)=0\therefore F(0)=0在[0,+∞)[0,+\infty)上单调减少。
F(x)>0F(x)>0时,F(x)<F(0)=ln⁡(1+0)−0=0F(x)<F(0)=\ln (1+0)-0=0
即ln⁡(1+x)−x<0\ln (1+x)-x<0
即ln⁡(1+x)<x\ln (1+x)<x
例题3:证明x>sin⁡xx>\sin x,x∈(0,π)x\in (0,\pi)。
证明:构造函数F(x)=x−sin⁡xF(x)=x-\sin x
F′(x)=1−cos⁡xF'(x)=1-\cos x
当x∈(0,π),F′(x)>0x \in (0, \pi),F'(x)>0
∴F(x)\therefore F(x)在[0,π)[0,\pi)上单调增加。
当x∈(0,π)x \in (0,\pi)时,F(x)>F(0)=0−sin⁡0=0F(x)>F(0)=0-\sin 0=0
即x−sin⁡x>0x-\sin x>0
即x>sin⁡xx>\sin x


函数曲线的凹凸性

图像的凹凸性
图像的凹凸性

连续曲线凹与凸的分界点称为曲线的拐点。
凸区间上斜率逐渐减少—>f(x)′f(x)'单调减少—>f(x)′′<0f(x)''<0
凹区间上曲线的斜率逐渐增加—>f(x)′f(x)'单调增加—>f(x)′′>0f(x)''>0

二阶导数 凹凸性
f′′(x)>0f''(x)>0 凹
f′′(x)<0f''(x)<0 凸

不要和函数单调性搞混淆!!!
口诀:
一阶导,大增小减;
二阶导,大凹小凸;

求函数凹凸区间和拐点的步骤(对比单调区间四步骤):
(1). 求函数f(x)f(x)的定义域,并得到间断点;
(2). 求导函数f′(x)f'(x);
(3). 求二阶导函数f′′(x)f''(x);
(4). 求f′′(x)=0f''(x)=0的点和f′′(x)f''(x)不存在的点,用这个点把定义域分成若干区间;
(5). 列表讨论每个区间内f′′(x)f''(x)的正负,写出凹凸区间;
注意:拐点是曲线上的点,拐点两侧f(x)′′f(x)''必定异号

例题1:求函数f(x)=x4−2x3+3f(x)=x^4-2x^3+3的凹凸区间和拐点。
解:定义域为(−∞,+∞)(-\infty,+\infty)
f′(x)=4x3−6x2f'(x)=4x^3-6x^2
f′′(x)=12x2−12xf''(x)=12x^2-12x
f′′(x)=0f''(x)=0时,x=0x=0或x=1x=1

(-∞,0) 0 (0,1) 1 (1,+∞)
f’‘(x) + 0 - 0 +
曲线 凹 凸 凹

由上表可知,凹区间为(−∞,0)(-\infty,0)和(0,1)(0,1);
凸区间为(0,1)(0,1)和(1,+∞)(1,+\infty);
拐点:当x=0x=0时,f(0)=3f(0)=3;
当x=1x=1时,f(1)=2f(1)=2;
拐点为:(0,3)(0,3)和(1,2)(1,2)。
例题2:求函数f(x)=x3f(x)=\sqrt[3]{x}的凹凸区间和拐点。
解:定义域为[−∞,+∞)[-\infty,+\infty)
f′(x)=13x−23f'(x)=\frac{1}{3}x^{-\frac{2}{3} }
f′′(x)=−29x−53f''(x)=-\frac{2}{9}x^{-\frac{5}{3} }
f′′(x)=0f''(x)=0时,x=0x=0
令f′′(x)=0f''(x)=0,无解;
f′′(x)不存在的点为x=0f''(x)不存在的点为x=0

(-∞,0) 0 (0,+∞)
f’‘(x) + 不存在 -
曲线 凹 凸

由上表可知,凹区间为(−∞,0)(-\infty,0);
凸区间为(0,+∞)(0,+\infty);
当x=0x=0时,f(0)=0f(0)=0;
其拐点为(0,0)(0,0)。

例题3:函数f(x)=x4f(x)=x^4上的拐点有(D)。
A、1个 B、2个 C、3个 D、0个
解:f′(x)=4x3f'(x)=4x^3
f′′(x)=12x2f''(x)=12x^2
f′′(x)=0f''(x)=0时,x=0x=0

(-∞,0) 0 (0,+∞)
f’‘(x) + 不存在 +
曲线 凹 凹

由上表得:该函数无拐点。

例题4:函数f(x)=1xf(x)=\frac{1}{x}的拐点有(D)。
A、1个 B、2个 C、3个 D、0个
解:f′(x)=−1x2f'(x)=-\frac{1}{x^2}
f′′(x)=2x3f''(x)=\frac{2}{x^3}
f′′(x)=0f''(x)=0时,不存在;
该函数无拐点。
注意:拐点一定是f′(x)=0f'(x)=0或者(x)′′(x)''不存在的点,。但f(x)′′f(x)''不存在的点不一定是拐点


函数的极值和最值问题

一个区域内,最值只有1个,极值可以有多个;
极值是局部区域内的最值;
极值不可在端点处取得,只能在区域内部取得。

  1. 极值定理
    (1). 必要条件定理
    若函数f(x)f(x)在点x0x_0处取得极值且在此处可导,则f′(x0)=0f'(x_0)=0(极值+可导—>驻点)。
    (2). 第一充分条件定理
    设函数f(x)f(x)在点x0x_0处连续且在x0x_0的邻域内可导,
    若x0x_0左侧f′(x)>0f'(x)>0,右侧f′(x)<0f'(x)<0,则函数f(x)f(x)在x0x_0处取得极大值(左增右减—>极大值);
    若x0x_0左侧f′(x)<0f'(x)<0,右侧f′(x)>0f'(x)>0,则函数f(x)f(x)在x0x_0处取得极小值(左减右增—>极小值);
    若x0x_0左右两侧f′(x)f'(x)同号,则函数f(x)f(x)在x0x_0处无极值(左增右增/左减右减—>无极值)。
    (3). 第二充分条件定理
    设函数f(x)f(x)在点x0x_0处f′(x0)=0,f′′(x0)≠0f'(x_0)=0,f''(x_0)\ne 0,
    若f′′(x0)<0f''(x_0)<0,则函数f(x)f(x)在x0x_0处取得极大值(驻点+凸—>极大值);
    若f′′(x0)>0f''(x_0)>0,则函数f(x)f(x)在x0x_0处取得极小值(驻点+凹—>极小值);
    因为极值也可能在不可导点处取得,所以只能正推不能反推,即不是充要条件。
    求函数极值的步骤:
    (1). 求函数f(x)f(x)的定义域;
    (2). 求一阶导f′(x)f'(x);
    (3). 求f′(x)=0f'(x)=0的点和f′(x)f'(x)不存在的点;
    (4). 判断是否是极值,以及是极大值还是极小值:
    a. f′(x)f'(x)不存在的点只能使用第一充分条件定理判断(列表看f′(x)f'(x)正负);
    b. f′(x)=0f'(x)=0的点可以使用第一或第二充分条件定理判断(带入f′′(x)f''(x)看正负);
    例题1: 求函数f(x)=2x3−6x2−18x−7f(x)=2x^3-6x^2-18x-7的极值。
    解:定义域为(−∞,+∞)(-\infty,+\infty) f′(x)=6x2−12x−18f'(x)=6x^2-12x-18 令f′(x)=0f'(x)=0,得x1=−1,x2=3x_1=-1,x_2=3
    使用第二充分条件 f′′(x)=12x−12f''(x)=12x-12 当x=−1x=-1时,f′′(−1)=−24<0f''(-1)=-24<0,故x=−1x=-1为极大值点;
    极大值为f(−1)=2⋅(−1)3−6⋅(−1)2−18⋅(−1)−7=3f(-1)=2 \cdot (-1)^3-6 \cdot (-1)^2-18 \cdot(-1) -7=3
    当x=3x=3时,f′′(x)24>0f''(x)24>0,故x=3x=3为极小值点;
    极小值为f(3)=2⋅33−6⋅32−18⋅3−7=54−54−54−7=−61f(3)=2 \cdot 3^3-6 \cdot 3^2-18 \cdot 3-7=54-54-54-7=-61
    例题2:求函数f(x)=x−32x23+12f(x)=x-\frac{3}{2}x^{\frac{2}{3} }+\frac{1}{2}
    解:定义域为(−∞,+∞)(-\infty,+\infty) f′(x)=1−x−13f'(x)=1-x^{-\frac{1}{3} } 令f′(x)=0f'(x)=0,得x=1x=1且得到不可导点x=0x=0
    解1−1x31-\frac{1}{\sqrt[3]{x} }
(-∞,0) 0 (0,1) 1 (1,+∞)
f’(x) + × - 0 +
f(x) ↗\nearrow 极大 ↘\searrow 极小 ↗\nearrow

由上表可知,当x=0x=0 时取得极大值,即f(0)=12f(0)=\frac{1}{2} ;
当x=1x=1 时取得极小值,即f(1)=0f(1)=0 ;

  1. 最值
    求闭区间内函数的最值:
    (1). 求一阶导f′(x)f'(x);
    (2). 求所有f′(x)=0f'(x)=0的点和f′(x)f'(x)不存在的点以及端点的函数值;
    (3). 比较这些函数值的大小,最大的就是最大值,反之。
    例题1:求函数f(x)=x−32x23+12f(x)=x-\frac{3}{2}x^{\frac{2}{3} }+\frac{1}{2}在[-1,8]上的最值。
    解:f′(x)=1−x−13f'(x)=1-x^{-\frac{1}{3} }
    令f′(x)=0f'(x)=0,得x=1x=1且得到不可导点x=0x=0 f(1)=0,f(0)=12,f(−1)=−2,f(8)=52f(1)=0,f(0)=\frac{1}{2},f(-1)=-2,f(8)=\frac{5}{2} 比较得:最大值为f(8)=52f(8)=\frac{5}{2} ,最小值为f(−1)=−2f(-1)=-2


    求实际问题的最值:
    (1). 要谁最大(小)为yy,要调整的为xx,建立目标函数,确定自变量取值范围;
    (2). 求目标函数驻点,若驻点唯一,则根据实际问题最值一定存在确定此驻点即为极值点。

例题1:如图:在半径为rr的半圆内做一个内接矩形,矩形的长和宽为多少时能使矩形面积最大?

解:设面积为yy,长为xx,则宽为r2−(x2)2\sqrt{r^2-(\frac{x}{2})^2 }
建立目标函数y=x⋅r2−(x2)2y=x \cdot \sqrt{r^2-(\frac{x}{2})^2 }
y=r2⋅x2−14x4y=\sqrt{r^2\cdot x^2-\frac{1}{4}x^4 }
y′=14⋅zr2x−x3r2x2−14x4y'=\frac{1}{4}\cdot \frac{zr^2x-x^3}{\sqrt{r^2x^2-\frac{1}{4}x^4 } }时,x=23rx=\frac{2}{\sqrt{3} }r
令y′=0y'=0,故x=2rx=\sqrt{2}r
∴\therefore 当矩形长为x=2rx=\sqrt{2}r,宽为22r\frac{\sqrt{2} }{2}r时,矩形面积最大。

例题2:如图,需要造圆柱形油罐,体积为VV,问底半径rr和高hh各为多少时,才能使表面积 最小?这时底直径与高之比是多少?

解:设表面积为yy,底半径为rr,则高为Vπr2\frac{V}{\pi r^2}
建立目标函数y=2πr2+2Vry=2\pi r^2+\frac{2V}{r}
y′=4πr−2Vr2y'=4\pi r-\frac{2V}{r^2}
令y′=0y'=0,故r=V2π3r=\sqrt[3]{\frac{V}{2\pi } }
r3=V2π=V=r3⋅2πr^3=\frac{V}{2 \pi} = V=r^3 \cdot 2\pi
h=Vπr2=r3⋅2ππr2=2r=2V2π3h=\frac{V}{\pi r^2}=\frac{r^3 \cdot 2\pi}{\pi r^2}=2r=2\sqrt[3]{\frac{V}{2\pi}}
∵\because 驻点唯一,且为实际应用题
∴\therefore 当r=V2π3,h=2V2π3r=\sqrt[3]{\frac{V}{2\pi} },h=2\sqrt[3]{\frac{V}{2\pi}} 时表面积为最小值。
直径与高的比是2rh=11\frac{2r}{h}=\frac{1}{1}
答:……


函数曲线的渐近线

曲线上的一动点,沿着曲线趋近于无穷远时,该点与某直线的距离趋近于零,则称此直线为曲线的渐近线。
水平渐近线:如果渐近线是水平的,称为水平渐近线。
垂直渐近线(铅锤渐近线):如果渐近线是垂直的,称为垂直渐近线。
斜渐近线:如果渐近线是斜的,称为斜渐近线。


渐近线的求法:

  1. 水平渐近线
    实质=求趋于无穷时的极限;
    方法:求x→∞x \to \infty或x→+∞x \to +\infty或x→−∞x \to -\infty时函数的极限,若极限存在(假设等于A),则直线"y=A""y=A"即为水平渐近线;
  2. 垂直渐近线
    实质=找到无穷间断点;
    方法:找出不满足定义域的点x0x_0,求x→x0x \to x_0或x→x0+x \to x_0^+或x→x0−x \to x_0^-时函数的极限,若极限为∞\infty,则直线"x=x0""x=x_0"即为垂直渐近线;
  3. 斜渐近线
    实质=;
    注意:曲线的渐近线可能有多条,也可能不存在。
    例题1:求曲线y=3x2+1x2+2x−3y=\frac{3x^2+1}{x^2+2x-3}的水平渐近线和垂直渐近线。
    解:lim⁡x→∞3x2+1x2+2x−3=3\lim_{x \to \infty} \frac{3x^2+1}{x^2+2x-3} =3
    即函数的水平渐近线为y=3y=3 ∵x2+2x−3≠0\because x^2+2x-3 \ne 0 ∴\therefore 函数间断点x=−3,x=1x=-3,x=1 ∵lim⁡x→−33x2+1x2+2x−3=∞\because \lim_{x \to -3} \frac{3x^2+1}{x^2+2x-3}=\infty ∵lim⁡x→13x2+1x2+2x−3=∞\because \lim_{x \to 1} \frac{3x^2+1}{x^2+2x-3}=\infty ∴\therefore 函数的垂直渐近线为x=−3,x=1x=-3,x=1 例题2:曲线y=ex−1xy=\frac{e^x-1}{x}(A )。
    A. 仅有水平渐近线
    B. 仅有垂直渐近线
    C. 既有水平渐近线又有垂直渐近线
    D. 既无水平渐近线也无垂直渐近线
    解:水平渐近线:lim⁡x→−∞ex−1x=−1−∞=0\lim_{x \to -\infty} \frac{e^x-1}{x}=\frac{-1}{-\infty}=0,即水平渐近线为y=0y=0
    水平渐近线:lim⁡x→+∞ex−1x=+∞\lim_{x \to +\infty} \frac{e^x-1}{x}=+\infty,无极限。
    垂直渐近线:ex−1x\frac{e^x-1}{x},有x≠0x \ne 0;
    lim⁡x→0ex−1x=1\lim_{x \to 0} \frac{e^x-1}{x}=1,即无垂直渐近线。

导数习题

例题1. 曲线xy+ey2−x=0xy+e^{y^2}-x=0在点(1,0)(1,0)处的切线方程为(y=x−1y=x-1)。
解:y+xy′+ey2⋅2y⋅y′−1=0y+xy'+e^{y^2} \cdot 2y \cdot y'-1=0
y′=−1−yx+ey2⋅2yy'=-\frac{1-y}{x+e^{y^2}\cdot 2y}
y′∣(1,0)=1−01+0=1y'|(1,0)=\frac{1-0}{1+0}=1
切线方程为y−0=1(x−1)y-0=1(x-1),即y=x−1y=x-1
例题2. 函数f(x)=ex2f(x)=e^{x^2}的单调区间和极值。
解:函数的定义域为(−∞,+∞)(-\infty,+\infty)
f′(x)=2xex2f'(x)=2xe^{x^2}
令f′(x)=0f'(x)=0得x=0x=0
f′′(x)=2ex2+4x2ex2f''(x)=2e^{x^2}+4x^2e^{x^2}

(-∞,0) 0 (0,+∞)
f’(x) - 0 +
f(x) ↘\searrow 极小 ↗\nearrow

由上表可知,函数在(−∞,0)(-\infty,0)上单调增加,在(0,+∞)(0,+\infty)上单调减少;
极值为x=0x=0,即f(x)=e0=1f(x)=e^0=1

例题3. 证明x>0x>0时,1+12x>1+x1+\frac{1}{2}x>\sqrt{1+x}。
证明:构造函数F(x)=1+12x−1+xF(x)=1+\frac{1}{2}x-\sqrt{1+x}
F′(x)=12−121+x=1+x−121+xF'(x)=\frac{1}{2}-\frac{1}{2\sqrt{1+x} }=\frac{\sqrt{1+x}-1 }{2\sqrt{1+x} }
当x>0x>0时,F′(x)>0F'(x)>0
∵F(x)\because F(x)在[0,+∞)[0,+\infty)上单调增加。
∴\therefore 当x>0x>0时,F(x)>F(0)=0F(x)>F(0)=0
1+12x−1+x>01+\frac{1}{2}x-\sqrt{1+x}>0,即1+12x>1+x1+\frac{1}{2}x>\sqrt{1+x}
例题4. 函数f(x)=ln1+x2f(x)=ln1+x^2的凹区间为(A )。
A. (−∞,−1)(-\infty,-1)
B. (−1,1)(-1,1)
C. (1,+∞)(1,+\infty)
D. (−∞,−1),(1,+∞)(-\infty,-1),(1,+\infty)
解:定义域为(−∞,+∞)(-\infty,+\infty),
f′(x)=2x1+x2f'(x)=\frac{2x}{1+x^2},
f′′(x)=2⋅(1+x2)−2x⋅2x(1+x2)2=2−2x2(1+x2)2f''(x)=\frac{2\cdot (1+x^2)-2x\cdot 2x}{(1+x^2)^2}=\frac{2-2x^2}{(1+x^2)^2}
令f′′(x)=0f''(x)=0,得x=−1x=-1或x=1x=1

(-∞,-1) -1 (-1,1) 1 (1,+∞)
f’(x) - 0 + 0 -
曲线 凸 凹 凸

例题5. 某地区防空洞的截面拟建成矩形加半圆,截面的面积为5m25m^2,问底和宽xx为多少时才能使截面的周长最小?从而使建造的材料最省。

解:设截面周长为LL,
则构造函数L=x+2y+πx2L=x+2y+\frac{\pi x}{2}
由题可知,界面面积5m25m^2,
所以5=xy+18πx25=xy+\frac{1}{8}\pi x^2
得y=5−18πx2x=5x−πx8y=\frac{5-\frac{1}{8}\pi x^2}{x}=\frac{5}{x}-\frac{\pi x}{8}
即L=x+2(5x−πx8)+πx2=x+π4x+10xL=x+2(\frac{5}{x}-\frac{\pi x}{8})+\frac{\pi x}{2}=x+\frac{\pi }{4}x+\frac{10}{x}
L′=1+π4−10x2L'=1+\frac{\pi }{4}-\frac{10}{x^2}
令L′=0L'=0,得x=404+πx=\sqrt{\frac{40}{4+\pi } }
∵\because 驻点唯一,且为实际问题;
∴\therefore 当x=404+πx=\sqrt{\frac{40}{4+\pi } }时,LL取得最小值。
∴\therefore 当x=404+πx=\sqrt{\frac{40}{4+\pi } }时,截面周长最小。
∴\therefore 当x=404+πx=\sqrt{\frac{40}{4+\pi } }时,建造的材料最省。

  • 标题: 高等数学-微分
  • 作者: SunnyDusk
  • 创建于 : 2023-10-20 09:36:00
  • 更新于 : 2025-04-21 15:55:27
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