Дифференциал функции и его геометрический смысл

Общая схема исследования функций и построения их графиков

Для полного исследования функции и построения эскиза ее графика рекомендуется следующая схема:

1) найти область определенияфункции (при возможности и );

2) исследовать функцию на периодичность, четность и нечетность;

3) найти точки пересечения графика с осями координат и промежутки знакопостоянства функции;

4) найти точки разрыва функции и промежутки непрерывности функции;

5) исследовать поведение функции около точек разрыва и граничных точек области определения; найти вертикальные асимптоты графика функции;

6) исследовать поведение функции на бесконечности; найти горизонтальные и наклонные асимптоты графика функции;

7) вычислить, исследовать функцию на монотонность и экстремумы;

8) вычислить значения функции в характерных точках (если их мало, то и в дополнительных опорных точках графика);

9) используя полученную информацию, построить эскиз графика функции.

Замечание 1. Для четных и нечетных функций достаточно исследовать свойства функции при .

Замечание 2. Для периодических функций с периодом Т достаточно исследовать свойства функции на промежутке длиной Т.

Замечание 3. Некоторые пункты схемы можно пропускать при исследовании конкретных функций. Например, график непрерывной функции не может иметь вертикальной асимптоты, а график периодической функции (отличной от постоянной) не может иметь горизонтальной или наклонной асимптоты.

Определение 1. Пусть функция дифференцируема в точке x ₀, т.е. приращение функции f в точке x ₀ может быть представлено в виде , где . Дифференциалом функции f в точке x ₀ называется главная линейная часть приращения функции f в точке x ₀ и обозначается или .

Обратим внимание на то, что в фиксированной точке x ₀ линейно зависит от приращения аргумента и при условии действительно вносит главный вклад в приращение функции f, ибо

.

Заметим также, что дифференциал независимой переменной равен приращению этой переменной. Действительно, рассмотрим функцию . Имеем , следовательно, , то есть .

Итак, если функция f дифференцируема в точке x, то в этой точке существует дифференциал функции f, который может быть вычислен по формуле

,

т.е. дифференциал функции f равен произведению производной функции f на дифференциал аргумента.

Выясним геометрический смысл дифференциала функции f в точке x ₀. Пусть функция f дифференцируема в точке x ₀,следовательно, существует касательная к графику функции f в точке М₀(x ₀; f (x ₀)). Зафиксируем приращение аргумента D x в точке x ₀. Рассмотрим треугольник M₀SN, где MN - касательная к графику f, а M₀S и MS - прямые, параллельные осям координат. Ясно, что M₀S=D x, MS=D y, NS=M₀S×tga=.

Итак, дифференциал функции равен приращению ординаты касательной, вызванному приращением абсциссы .

Теорема 1. Если функции u, v дифференцируемы в точке x ₀ , то:

1) (дифференциал суммы равен сумме дифференциалов);

2) ;

3) если , то .

Напомним, что дифференциал функции , где x - независимая переменная, вычисляется по формуле . Оказывается, что эта формула верна и в том случае, если переменная x сама является дифференцируемой функцией вида .

Если функция дифференцируема в точке, а функция дифференцируема в точке , то дифференциал композиции этих функций

.

Это свойство называется инвариантностью формы первого дифференциала функции.

Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 481; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!