數學分析 - 導數

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導數的概念

導數的定義

|| 引入導數概念的兩個問題:(兩個比值(y與x的比值)的差的極限)

  1. 瞬時速率:設一個物體作直線運動,運動規律爲s=s(t),t0是某一確定的時刻,t爲臨近t0的時刻,則v0 = [ s(t) - s(t0) ] / [ t - t0 ]爲平均速度,此時引入極限的概念,當t—>t0時,則limt–>t0v0 稱爲物體在t0時刻的瞬時速度
  2. 切線的斜率:斜率公式爲: f(x)-f(x0) / (x - x0)— 兩個比值的差的極限

形如以上兩種類型的極限叫做導數

|| 定義一:導數的定義
設函數y = f(x) ,在點x0的某領域內有定義,若極限 limx–>x0 [ ( f(x) - f(x0) / (x - x0) ] 存在,則稱函數f在x0處可導,並稱該極限爲函數f的在點x0上的導數,記作f '(x0

|| 定義一的另一種形式:引入增量描述
令x = x0 + △x,則極限 limx–>x0 [ ( f(x) - f(x0) / (x - x0) ],可以寫成 limx–>x0 [ ( f(x0 + △x) - f(x0) / (△x) ],即 lim△x–>0 (△y / △x)
因此導數也就是增量比的極限,同上面總結出來的導數概念。
又因爲增量比即函數關於自變量的平均變化率,故我們稱f在x0上的導數爲f在點x0上的變化率。

|| 導數的幾何意義:
導數本身的幾何意義:某點上的導數其實就是這一點上的切線斜率

|| 可導性的定義:(幾何意義)
若極限 limx–>x0 [ ( f(x) - f(x0) / (x - x0) ] 存在,則稱其在x0上可導。
根據海涅準則,即兩個y/x極其相近,即兩個切線的斜率極其相近

|| 有限增量公式:在這裏插入圖片描述
推導:因爲g = f(x0) - △y/△x,是當△x–>0時的無窮小量,故有g△x = o(△x),代入原式即得函數 f 在x0的有限增量公式

|| 定理1:可導性與連續性的關係(由有限增量公式推得)
若函數在x0上可導,那麼它在x0上連續
(注意:這是充分條件,只可以可導性推出連續性,連續性無法推出可導性)

|| 定理1的理解:
可導性中的△y/△x相關的極限若存在,那麼兩個y/x(即斜率)應該極其接近(海涅準則),x極其接近的情況下,則兩點位置(y)也應該極其接近,此時根據海涅準則就推出了連續性
但是連續性存在時,能說明兩點位置(y)應該極其接近,但是函數該點上的切線斜率不一定相近。

|| 定義二:單側導數的概念
設函數 f(x)在x0的某右鄰域(x0,x0+∂)內有定義,若右極限
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存在則稱該函數右可導,,該極限值爲f在x0右放的右導數,記作 f +(x0)。

|| 定理2:左右導數與導數的關係
設函數y = f(x) ,在點x0的某領域內有定義,則f(x0)存在的充要條件是,左右導數存在且相等

|| 可導函數的定義:
在函數的定義域內每一個點都可導,則改函數爲可導函數

|| 導函數的定義:
可導函數 f 上的每一個自變量,都對應着一個導數,這樣就定義了一個在定義域內的函數,稱其爲f在定義域上的導函數,有時也稱爲導數,記作f ',y ‘,dy / dx
(注意:導數有時指自增比的那個極限,有時指導函數)

|| 定義三:極值的定義
設函數 f(x)在x0的某鄰域U(x0)內有定義,對一切∈U(x0)有f(x0)≥ f(x),則稱 f 在x0處取得極大值f(x0),x0爲 f 的極大值點

|| 定理3:費馬定理(極值點的導數定理)
設函數 f(x)在x0的某鄰域U(x0)內有定義,且在x0處可導,,若該點爲f的極值點,則有:f ’ (x0) = 0;

|| 費馬定理的幾何意義:
若函數在極值點可導,那麼該點上的切線與x軸平行。

|| 定理4:達布定理(導函數的介質性定理)
若函數f 在[a, b]上可導,且f ’ (a) != f ’ (b), k爲介於f ’ (a)和f ’ (b)之間的任一實數,則必能在[a,b]上找到一個數c,滿足f ’ © = k


求導法則

|| 導數的四則運算:
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|| 反函數的導數
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|| 複合函數的導數
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|| 參變量函數的導數
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|| 基本初等函數的導數總結:
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高階導數

|| 加法式高階導數公式:
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|| 乘法式高階導數公式:萊布尼茨公式(類似二項式展開)
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