导数(Derivative)是微积分中的重要基础概念。当自变量的增量趋于零时,因变量的增量与自变量的增量之商的极限。在一个函数存在导数时,称这个函数可导或者可微分。可导的函数一定连续。不连续的函数一定不可导。导数实质上就是一个求极限的过程,导数的四则运算法则来源于极限的四则运算法则。
编辑本段导数(幂函数求导公式的证明derivative function)
定义
设函数y=f(x)在点x0的某个邻域N(x0,δ)内有定义,当自变量x在x0处有增量△x(设x0+△x∈N(x0,δ)),函数y=f(x)相应的增量为△y=f(x0+△x)-f(x0).
如果当△x→0时,函数的增量△y与自变量的增量△x之比的极限lim △y/△x=lim [f(x0+△x)-f(x0)]/△x存在,则称这个极限值为f(x)在x0处的导数或变化率.通常可以记为f'(x0)或f'(x)|x=x0.
函数的可导性与导函数
一般地,假设一元函数 y=f(x )在 点x0的某个邻域N(x0,δ)内有定义,当自变量取的增量Δx=x-
x0时,函数相应增量为 △y=f(x0+△x)-f(x0),若函数增量△y与自变量增量△x之比当△x→0时的极限存在且有限,就说函数f(x)在x0点可导,并将这个极限称之为f在x0点的导数或变化率.
“点动成线”:若函数f在区间I 的每一点都可导,便得到一个以I为定义域的新函数,记作 f(x)' 或y',称之为f的导函数,简称为导数.
导数的几何意义
函数y=f(x)在x0点的导数f'(x0)的几何意义:表示函数曲线在P0[x
导数的几何意义
0,f(x0)] 点的切线斜率(导数的几何意义是该函数曲线在这一点上的切线斜率).
导数在科学上的应用
导数与物理,几何,代数关系密切.在几何中可求切线;在代数中可求瞬时变化率;在物理中可求速度,加速度.
导数亦名纪数、微商(微分中的概念),是由速度变化问题和曲线的切线问题(矢量速度的方向)而抽象出来的数学概念.又称变化率.
如一辆汽车在10小时内走了 600千米,它的平均速度是60千米/小时.但在实际行驶过程中,是有快慢变化的,不都是60千米/小时.为了较好地反映汽车在行驶过程中的快慢变化情况,可以缩短时间间隔,设汽车所在位置s与时间t的关系为
s=f(t)
那么汽车在由时刻t0变到t1这段时间内的平均速度是
[f(t1)-f(t0)]/[t1-t0]
当 t1与t0很接近时,汽车行驶的快慢变化就不会很大,平均速度就能较好地反映汽车在t0
到 t1这段时间内的运动变化情况 .
自然就把当t1→t0时的极限lim[f(t1)-f(t0)]/[t1-t0] 作为汽车在时刻t0的瞬时速度,这就是通常所说的速度.这实际上是由平均速度类比到瞬时速度的过程 (如我们驾驶时的限“速” 指瞬时速度).
编辑本段导数是微积分中的重要概念
导数另一个定义:当x=x0时,f'(x0)是一个确定的数。这样,当x变化时,f'(x)便是x的一个函数,我们称他为f(x)的导函数(derivative function),简称导数).
y=f(x)的导数有时也记作y',即(如右图) :
物理学、几何学、经济学等学科中的一些重要概念都可以用导数来表示。如,导数可以表
示运动物体的瞬时速度和加速度(就匀速直线加速度运动为例 位移关于时间的一阶导数是瞬时速度 二阶导数是加速度)、可以表示曲线在一点的斜率(矢量速度的方向)、还可以表示经济学中的边际和弹性。
以上说的经典导数定义可以认为是反映局部欧氏空间的函数变化。 为了研究更一般的流形上的向量丛截面(比如切向量场)的变化,导数的概念被推广为所谓的“联络”。 有了联络,人们就可以研究大范围的几何问题,这是微分几何与物理中最重要的基础概念之一。
注意:1.f'(x)<0是f(x)为减函数的充分不必要条件,不是充要条件。
2.导数为零的点不一定是极值点。当函数为常值函数,没有增减性,即没有极值点。但导数为零。(导数为零的点称之为驻点,如果驻点两侧的导数的符号相反,则该点为极值点,否则为一般的驻点,如y=x^3中f‘(0)=0,x=0的左右导数符号为正,该点为一般驻点。)
编辑本段求导数的方法
(1)利用定义求函数y=f(x)在x0处导数的步骤:
① 求函数的增量Δy=f(x0+Δx)-f(x0)
② 求平均变化率
③ 取极限,得导数。
(2)几种常见函数的导数公式:
① C'=0(C为常数函数)
② (x^n)'= nx^(n-1) (n∈Q*);熟记1/X的导数
③ (sinx)' = cosx
(cosx)' = - sinx
(tanx)'=1/(cosx)^2=(secx)^2=1+(tanx)^2
-(cotx)'=1/(sinx)^2=(cscx)^2=1+(cotx)^2
(secx)'=tanx·secx
(cscx)'=-cotx·cscx
(arcsinx)'=1/(1-x^2)^1/2
(arccosx)'=-1/(1-x^2)^1/2
(arctanx)'=1/(1+x^2)
(arccotx)'=-1/(1+x^2)
(arcsecx)'=1/(|x|(x^2-1)^1/2)
(arccscx)'=-1/(|x|(x^2-1)^1/2)
④(sinhx)'=coshx
(coshx)'=sinhx
(tanhx)'=1/(coshx)^2=(sechx)^2
(coth)'=-1/(sinhx)^2=-(cschx)^2
(sechx)'=-tanhx·sechx
(cschx)'=-cothx·cschx
(arsinhx)'=1/(x^2+1)^1/2
(arcoshx)'=1/(x^2-1)^1/2
(artanhx)'=1/(x^2-1) (|x|<1)
(arcothx)'=1/(x^2-1) (|x|>1)
(arsechx)'=1/(x(1-x^2)^1/2)
(arcschx)'=1/(x(1+x^2)^1/2)
⑤ (e^x)' = e^x
(a^x)' = a^xlna (ln为自然对数)
(Inx)' = 1/x(ln为自然对数)
(logax)' =x^(-1)logae(a>0且a不等于1)
(x^1/2)'=[2(x^1/2)]^(-1)
(1/x)'=-x^(-2)
补充一下。上面的公式是不可以代常数进去的,只能代函数,新学导数的人往往忽略这一点,造成歧义,要多加注意。 关于三角求导“正正余负”(三角包含三角函数,也包含反三角函数 正指正弦、正切与正割 。)
(3)导数的四则运算法则(和、差、积、商):
①(u±v)'=u'±v'
②(uv)'=u'v+uv'
③(u/v)'=(u'v-uv')/ v^2
(4)复合函数的导数:
复合函数对自变量的导数,等于已知函数对中间变量的导数,乘以中间变量对自变量的导数--称为链式法则。
(5)积分号下的求导法
d(∫f(x,t)dt φ(x),ψ(x))/dx=f(x,ψ(x))ψ'(x)-f(x,φ(x))φ'(x)+∫[f 'x(x,t)dt φ(x),ψ(x)]
导数是微积分的一个重要的支柱。牛顿及莱布尼茨对此做出了卓越的贡献!
这里将列举五类基本初等函数的导数以及它们的推导过程(初等函数可由之运算来):
基本导数公式
1.y=c(c为常数) y'=0
2幂函数。y=x^n, y'=nx^(n-1)(n∈Q*) 熟记1/X的导数
3.(1)y=a^x ,y'=a^xlna ;(2)熟记y=e^x y'=e^x唯一一个导函数为本身的函数
4.(1)y=logaX, y'=1/xlna (a>0且a不等于1,x>0) ;熟记y=lnx ,y'=1/x
5.y=(sinx )y'=cosx
6.y=(cosx) y'=-sinx
7.y=(tanx) y'=1/(cosx)^2
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