5.4 微 分 一、微分概念 二、微分的运算法则与公式 三、微分在近似计算上的应用
引例 一块正方形金属片受热后其边长 x 由 x 0 变到 x 0 x 考查此薄片的面积 A 的改变情况 因为 A x 2 所以金属片面 积的改变量为 A (x 0 x) 2 (x 0 ) 2 2x 0 x ( x) 2 Ax02Ax02 x0x0 x0x0 xx xx x0xx0x x0xx0x (x)2(x)2 当 x 0 时 ( x) 2 o( x ) A 的主要部分是 x 的线性函 数 2x 0 x 2x 0 x 是 A 的近似值
设函数 y f(x) 在某区间内有定义 x 0 及 x 0 x 在这区 间内 如果函数的增量 y f(x 0 x) f(x 0 ) 可表示为 y A x o( x) 其中 A 是不依赖于 x 的常数 o( x) 是比 x 高阶的无穷小 那么称函数 y f(x) 在点 x 0 是可微的 而 A x 叫做函数 y f(x) 在点 x 0 相应于自变量增量 x 的微分 记作 即 一、微分概念
定理 证 (1) 必要性 可微的条件
(2) 充分性
说明 : 很小时, 有近似公式 故当
微分的几何意义 当 很小时, 切线纵坐标的增量
例1例1
则有 从而 导数也叫作微商 自变量的微分, 记作
二、微分运算法则与公式 d(x ) x 1 dx d(sin x) cos xdx d(cos x) sin xdx d(tan x) sec 2 xdx d(cot x) csc 2 xdx d(sec x) sec x tan xdx d(csc x) csc x cot xdx d(a x ) a x ln adx d(e x ) e x dx (x ) x 1 (sin x) cos x (cos x) sin x (tan x) sec 2 x (cot x) csc 2 x (sec x) sec x tan x (csc x) csc x cot x (a x ) a x ln a (e x ) e x 微分公式 : 导数公式 : 1. 基本初等函数的微分公式
微分公式 : 导数公式 :
2. 函数和、差、积、商的微分法则 求导法则 微分法则 (u v) u v (Cu) Cu (u v) uv uv d(u v) du dv d(Cu) Cdu d(u v) vdu udv
设 y f(u) 及 u (x) 可微 则复合函数 y f[ (x)] 的微分为 dy y x dx f (u) (x) dx 因为 (x)dx du 所以 复合函数 y f [ (x)] 的微分公 式也可以写成 dy f (u) du 或 dy y u du 3. 复合函数的微分法则 由此可见 无论 u 是自变量还是另一个变量的可微函 数 微分形式 dy f (u) du 保持不变 这一性质称为微分 形式不变性
例 2 )1ln( 2 x ey 求 dy 解
例 4 y tan 2 (1 2x 2 ) 求 dy 2tan(1 2x 2 ) sec 2 (1 2x 2 ) 4xdx 2tan(1 2x 2 ) sec 2 (1 2x 2 )d(1 2x 2 ) dy d tan 2 (1 2x 2 ) 2tan(1 2x 2 ) d tan(1 2x 2 ) 应用微分法则 得 解 8x tan(1 2x 2 ) sec 2 (1 2x 2 )dx
三、微分在近似计算中的应用 当很小时, 使用原则 : 得近似等式 :
特别当 很小时, 常用近似公式 : 很小 ) 证明 令 得
的近似值. 解 设 取 则 例 5 求
的近似值. 解 例 6. 计算