background image

Wykład trzeci

Pochodna funkcji

Zał. Funkcja jest określona w pewnym otoczeniu punktu x

0

; ∆x 6= 0 – przyrost argumentu

taki, że x

0

+ ∆x ∈ O.

Ułamek:

(x

0

+ ∆x− f (x

0

)

x

nazywamy ilorazem różnicowym.

Def. Liczbę lim

x→0

(x

0

+ ∆x− f (x

0

)

x

nazywamy pochodną funkcji f w punkcie x

0

i oznaczamy

przez f

0

(x

0

).

Pochodne jednostronne (obliczane przy pomocy odpowiednich granic jednostronnych) funkcji f
oznaczamy przez: f

0

(x


0

, f

0

(x

+
0

).

Interpretacja geometryczna Równanie siecznej wykresu przechodzącej przez punkty (x

0

, f (x

0

))

(x

0

+ ∆x, f (x

0

+ ∆x)) ma postać y − f (x

0

) =

(x

0

+ ∆x− f (x

0

)

x

· (x − x

0

).

Granicznym położeniem tej siecznej (∆x → 0) jest styczna do wykresu funkcji w punkcie
(x

0

, f (x

0

)). Jeśli f

0

(x

0

) istnieje, to równanie tej stycznej: y − f (x

0

) = f

0

(x

0

· (x − x

0

).

Α

Hx

0

f

Hx

0

LL

Hx

0

+ Dxf

Hx

0

+ Dx

LL

Α

Dx

f

HxL

sieczna

styczna

-1

1

2

3

4

X

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Y

Uwaga 1 Jeżeli lim

x→0

(x

0

+ ∆x− f (x

0

)

x

jest niewłaściwa, to styczną do wykresu w punkcie

(x

0

, f (x

0

)) jest prosta x

0

.

Int. fizyczna Jeżeli s(t) oznacza drogę zależną od czasu t, to iloraz różnicowy

s(t

0

+ ∆t− s(t

0

)

t

przedstawia prędkość średnią ruchu między chwilami t

0

t

0

+ ∆t, a s

0

(t

0

) - prędkość w chwili t

0

.

1

background image

styczna do wykresu

w punkcie (1,0)

0.5

1.0

1.5

X

-1.0

-0.5

0.5

Y

Funkcję f

0

nazywamy pochodną funkcji .

Wzory na pochodne podstawowych funkcji elementarnych

(f ± g)

0

f

0

± g

0

; (f · g)

0

f

0

· g f · g

0

;

 

f

g

!

0

=

f

0

· g − g

0

· f

g

2

, g 6= 0

(c)

0

= 0 ; (x

α

)

0

αx

α−1

, α 6= 0 ; (sin x)

0

= cos ; (cos x)

0

− sin x

(tg x)

0

=

1

cos

2

x

= 1 + tg

2

; (ctg x)

0

1

sin

2

x

; (a

x

)

0

a

x

· ln ; (e

x

)

0

e

x

Wyprowadzenie wzorów na pochodne funkcji: (x) = c , c ∈ R, (x) = x

n

, n ∈ N,

(x) = a

x

, a > ∧ a 6= 1, (x) = sin x.

Tw. Jeżeli f

0

(x

0

) istnieje, to funkcja f jest ciągła w punkcie x

0

(WK istnienia pochodnej).

lim

x→0

(x

0

+ ∆x− f (x

0

) = lim

x→0

(x

0

+ ∆x− f (x

0

)

x

· = 0

Tw. (O pochodnej funkcji odwrotnej) Jeżeli funkcja jest ściśle monotoniczna i posiada po-
chodną f

0

(x6= 0, to funkcja odwrotna f

1

posiada pochodną i prawdziwy jest wzór

(f

1

(y))

0

=

1

f

0

(x)

gdzie (x)

2

background image

Α

Α

Β

g

HxL

x

f

HxL

x

0

y

0

y

0

x

0

0.5

1.0

X

0.5

1.0

Y

f

0

(x

0

) = tg α, g

0

(y

0

) = tg β, tg β = ctg α =

1

tg α

Dalsze wzory na pochodne:

(ln x)

0

=

1

x

; (arcsin x)

0

=

1

− x

2

; (arccos x)

0

1

− x

2

;

(arctg x)

0

=

1

x

2

+ 1

; (arcctg x)

0

1

x

2

+ 1

Wyprowadzenie wzorów na pochodne funkcji: (x) = ln x(x) = arcsin x.

Tw. (O pochodnej funkcji złożonej) Jeżeli funkcja ma pochodną w punkcie i funkcja ma
pochodną w punkcie (x), to funkcja złożona g ◦ f ma pochodną w punkcie i prawdziwy
jest wzór

(g ◦ f )

0

(x) = g

0

((x)) · f

0

(x)

Uwaga Powyższy wzór można stosować wielokrotnie.

Pochodne wyższych rzędów

Zał. f

0

jest określona w pewnym otoczeniu punktu x

0

.

Def. Granicę właściwą lim

x→0

f

0

(x

0

+ ∆x− f

0

(x

0

)

x

nazywamy pochodną drugiego rzędu funkcji f

w punkcie x

0

i oznaczamy przez f

00

(x

0

).

f

00

– funkcja drugiej pochodnej funkcji .

Ogólnie określamy pochodną n – tego rzędu funkcji jako: f

(n)

(x)

df

=



f

(n−1)

(x)



0

, n = 23, . . ..

Uwaga Jeżeli funkcja ma pochodną n–tego rzędu, to ma pochodne wszystkich rzędów niższych
niż n.

3

background image

Tw. de l’Hospitala

Tw. Jeżeli funkcje

f

h

oraz

f

0

h

0

są określone na pewnym sąsiedztwie punktu x

0

oraz

1. lim

x→x

0

(x) = lim

x→x

0

h(x) = 0 lub lim

x→x

0

h(x)= +∞ ;

2. istnieje granica lim

x→x

0

f

0

(x)

h

0

(x)

( właściwa lub niewłaściwa)

to istnieje granica lim

x→x

0

(x)

h(x)

= lim

x→x

0

f

0

(x)

h

0

(x)

.

Twierdzenie pozostaje prawdziwe dla granic jednostronnych oraz granic w nieskończoności.
Twierdzenie pozwala obliczyć wartości tzw. ”symboli nieoznaczonych” czyli granic typu:
0/, ∞/∞ , · ∞ , ∞ − ∞ , 1

, ∞

0

0

0

.

4