Как найти производную выражения
Обновлено: 04.11.2024
Типичная ошибка при решении задач на производные - машинальное перенесение правил дифференцирования простых функций на сложные функции. Будем учиться избегать этой ошибки.
Посмотрите на формулу 9 в таблице производных. Исходная функция является функцией от функции, причём аргумент x является аргументом лишь второй функции, а вторая функция является аргументом первой функции, или, согласно более строгому определению - промежуточным аргументом по независимой переменной x.
А теперь посмотрите на картинку ниже, которая иллюстрирует решение задач на сложные производные по аналогии с простым примером из кулинарии - приготовлении запечёных яблок, фаршированных ягодами.
Итак, "яблоко" - это функция, аргументом которой является промежуточный аргумент, а промежуточный аргумент по независимой переменной x, в свою очередь, является "фаршем" (ягодами). Представим себе, что решая задачи на производные сложной функции, сначала помещаем яблоко с фаршем в особую (физико-математическую) духовку и устанавливаем режим 1. При таком режиме духовка воздействует только на "яблоко", поскольку нужно, допустим, больше пропечь яблоко, а фарш из ягод оставить более сочным, то есть обрабатывать в другом режиме. Итак, в при режиме 1 обрабатывается яблоко, а фарш остаётся незатронутым, или, ближе к нашим задачам, находим производную функции лишь от промежуточного аргумента, то есть, "яблока". Затем в духовке устанавливается режим 2, который воздействует только на фарш, иначе говоря, записываем производную функции, являющейся промежуточным аргументом по независимой переменной x. И, в конце концов, записываем произведение производной "яблока" и производной "фарша". Можно подавать!
Пример 1.Найти производную функции
Сначала определим, где здесь "яблоко", то есть функция по промежуточному аргументу u, а где "фарш", то есть промежуточный аргумент u по независимой переменной x. Определяем: возведение в степень - это функция по промежуточному аргументу, то есть "яблоко", а выражение в скобках (разность двух тригонометрических функций) - это промежуточный аргумент, то есть "фарш".
Далее по таблице производных (производная суммы или разности, производные синуса и косинуса) находим:
Требуемая в условии задачи производная (готовое "фаршированое яблоко"):
Нахождение производной сложной логарифмической функции имеет свои особенности, поэтому у нас есть и урок "Производная логарифмической функции".
А проверить решение задачи на производную можно на калькуляторе производных онлайн.
Пример 2.Найти производную функции
Неправильное решение: вычислять натуральный логарифм каждого слагаемого в скобках и искать сумму производных:
Правильное решение: опять определяем, где "яблоко", а где "фарш". Здесь натуральный логарифм от выражения в скобках - это "яблоко", то есть функция по промежуточному аргументу u, а выражение в скобках - "фарш", то есть промежуточный аргумент u по независимой переменной x.
Тогда (применяя формулу 14 из таблицы производных)
Во многих реальных задачах выражение с логарифмом бывает несколько сложнее, поэтому и есть урок "Производная логарифмической функции".
Пример 3.Найти производную функции
Правильное решение. В очередной раз определяем, где "яблоко", а где "фарш". Здесь косинус от выражения в скобках (формула 7 в таблице производных)- это "яблоко", оно готовится в режиме 1, воздействующем только на него, а выражение в скобках (производная степени - номер 3 в таблице производных) - это "фарш", он готовится при режиме 2, воздействующей только на него. И как всегда соединяем две производные знаком произведения. Результат:
Производная сложной логарифмической функции - частое задание на контрольных работах, поэтому настоятельно рекомендуем посетить урок "Производная логарифмической функции".
А проверить решение задачи на производную можно на калькуляторе производных онлайн.
Первые примеры были на сложные функции, в которых промежуточный аргумент по независимой переменной был простой функцией. Но в практических заданиях нередко требуется найти производную сложной функции, где промежуточный аргумент или сам является сложной функцией или содержит такую функцию. Что делать в таких случаях? Находить производные таких функций по таблицам и правилам дифференцирования. Когда найдена производная промежуточного аргумента, она просто подставляется в нужное место формулы. Ниже – два примера, как это делается.
Кроме того, полезно знать следующее. Если сложная функция может быть представлена в виде цепочки из трёх функций
то её производную следует находить как произведение производных каждой из этих функций:
Для решения многих ваших домашних заданий может потребоваться открыть в новых окнах пособия Действия со степенями и корнями и Действия с дробями.
Пример 4.Найти производную функции
Применяем правило дифференцирования сложной функции, не забывая, что в полученном произведении производных промежуточный аргумент по независимой переменной x не меняется:
Готовим второй сомножитель произведения и применяем правило дифференцирования суммы:
Второе слагаемое - корень, поэтому
Таким образом получили, что промежуточный аргумент, являющийся суммой, в качестве одного из слагаемых содержит сложную функцию: возведение в степень - сложная функция, а то, что возводится в степень - промежуточный аргумент по независимой переменной x.
Поэтому вновь применим правило дифференцирования сложной функции:
Степень первого сомножителя преобразуем в корень, а дифференцируя второй сомножитель, не забываем, что производная константы равна нулю:
Теперь можем найти производную промежуточного аргумента, нужного для вычисления требуемой в условии задачи производной сложной функции y:
Пример 5.Найти производную функции
Сначала воспользуемся правилом дифференцирования суммы:
Получили сумму производных двух сложных функций. Находим первую из них:
Здесь возведение синуса в степень - сложная функция, а сам синус - промежуточный аргумент по независимой переменной x. Поэтому воспользуемся правилом дифференцирования сложной функции, попутно вынося множитель за скобки:
Теперь находим второе слагаемое из образующих производную функции y:
Здесь возведение косинуса в степень - сложная функция f[g(x)], а сам косинус - промежуточный аргумент по независимой переменной x. Снова воспользуемся правилом дифференцирования сложной функции:
Результат - требуемая производная:
Проверить решение задачи на производную можно на калькуляторе производных онлайн.
Таблица производных некоторых сложных функций
Для сложных функций на основании правила дифференцирования сложной функции формула производной простой функции принимает другой вид.
Читайте также: