Дифференциал функции. Практикум по математическому анализу. Урок 39

Дифференциал функции. Практикум по математическому анализу. Урок 39

Из определений производной \displaystyle y'=\underset{\Delta x\rightarrow 0}{\textrm{lim}}\frac{\Delta y}{\Delta x} и предела переменной следует, что \displaystyle \frac{\Delta y}{\Delta x}=y'+\varepsilon или \displaystyle \Delta y=y'\Delta x+\varepsilon \Delta x, где \displaystyle \varepsilon \to 0 при \displaystyle \Delta x \to 0, т. е. что приращение функции можно разбить на две части.
Главная часть приращения функции, линейная относительно приращения независимой переменной, называется дифференциалом функции и обозначается знаком d:

\displaystyle dy=y'\Delta x.

Дифференциал независимой переменной x равен ее приращению, dx=\Delta x. Поэтому

dy=y'dx,\; \; \; \; \; \; (a)

т. е. дифференциал функции равен ее производной, умноженной на дифференциал независимой переменной.
Для всякой данной функции y=f(x) производная y' зависит только от одной переменной x, тогда как ее дифференциал dy зависит от двух независимых друг от друга переменных: x и \Delta x.
Нахождение дифференциала функции называется дифференцированием, так же как и нахождение производной, так как согласно формуле (а), чтобы найти дифференциал какой-либо функции, надо найти производную этой функции и умножить ее на дифференциал независимой переменной.
Формула (а) верна и в случае, если у есть сложная функция, т. е. если x есть функции переменной t.
При достаточно малых значениях \left | dx \right | приращение функции может быть заменено ее дифференциалом с как угодно малой относительной ошибкой:

\Delta y\approx dy,

исключая точки, в которых y'=0.
Это приближенное равенство применяется для приближенных вычислений, так как вычисление дифференциала функции значительно проще, чем вычисление ее приращения.
Пример 1. Найти дифференциалы функций:
1) y=x^{3}-3^{x}; 2) \displaystyle F(\varphi )=\cos \frac{\varphi }{3}+\sin \frac{3}{\varphi };
3) \displaystyle z=\textrm{ln}(1+e^{10x})+\textrm{arcctg}e^{5x}; вычислить \displaystyle dz|_{x=0;dx=0,1.}
Решение. Находим производную данной функции и, умножив ее на дифференциал независимой переменной, получим
искомый дифференциал данной функции:
1) \displaystyle dy=y'dx=(x^{3}-3^{x})'dx=(3x^{2}-3^{x}\textrm{ln}3)dx;
2) \displaystyle dF(\varphi )=d\left ( cos\frac{\varphi }{3}+\sin \frac{3}{\varphi } \right )=\left ( cos\frac{\varphi }{3}+\sin \frac{3}{\varphi } \right )'d\varphi =
\displaystyle =\left [ -\sin \frac{\varphi }{3}\cdot \left ( \frac{\varphi }{3} \right )'+\cos \frac{3}{\varphi }\cdot \left ( \frac{3}{\varphi } \right )' \right ]d\varphi =-\left ( \frac{1}{3}\sin \frac{\varphi }{3}+\frac{3}{\varphi ^{2}}\cos \frac{3}{\varphi } \right )d\varphi ;
3) \displaystyle dz=\left [ \frac{(1+e^{10x})'}{1+e^{10x}} - \frac{(e^{5x})'}{1+e^{10x}}\right ]dx= \left ( \frac{10e^{10x}}{1+e^{10x}}-\frac{5e^{5x}}{1+e^{10x}} \right )dx=\frac{5e^{5x}(2e^{5x}-1)}{1+e^{10x}}dx.
Полагая x=0 и dz=0,1, получим dz=0,25.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

19 − девять =