background image

Wykład czwarty

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

.

Definicja 1. Liczbę lim

x→0

(x

0

+ ∆x− f (x

0

)

x

nazywamy

pochodną funkcji 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

).

Funkcję f

0

nazywamy

pochodną funkcji

.

Interpretacja geometryczna pochodnej

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

.

1

background image

styczna do wykresu

w punkcie (1,0)

0.5

1.0

1.5

X

-1.0

-0.5

0.5

Y

Obliczanie pochodnych

Twierdzenie 1. (o działaniach arytmetycznych na pochodnych)Jeżeli funkcje po-
siadają pochodne f

0

g

0

, to prawdziwe są wzory

1. (α · f )

0

α · f

0

dla każdej liczby rzeczywistej α

2. (g)

0

f

0

g

0

3. (f − g)

0

f

0

− g

0

4. (f · g)

0

f

0

· g f · g

0

5.

 

f

g

!

0

=

f

0

· g − g

0

· f

g

2

, g 6= 0

Pochodne funkcji elementarnych

1. (c)

0

= 0

– funkcja stała

2. (x

n

)

0

nx

n−1

, n ∈ N

3. (sin x)

0

= cos x

4. (cos x)

0

− sin x

5. (tg x)

0

=

1

cos

2

x

= 1 + tg

2

x

6. (ctg x)

0

1

sin

2

x

7. (a

x

)

0

a

x

· ln ; (e

x

)

0

e

x

Twierdzenie 2. (o pochodnej funkcji odwrotnej) Jeżeli funkcja jest ściśle monotoniczna
i posiada pochodną f

0

(x6= 0, to funkcja odwrotna f

1

posiada pochodną i prawdziwy jest wzór

2

background image

(f

1

(y))

0

=

1

f

0

(x)

gdzie (x)

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

8. (ln x)

0

=

1

x

9. (arcsin x)

0

=

1

− x

2

10. (arccos x)

0

1

− x

2

11. (arctg x)

0

=

1

x

2

+ 1

12. (arcctg x)

0

1

x

2

+ 1

Twierdzenie 3. (o pochodnej funkcji złożonej) Jeżeli funkcja ma pochodną w punkcie x
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)

Powyższy wzór można stosować wielokrotnie.

13. (sh x)

0

= ch x

14. (ch x)

0

= sh x

15. (x

α

)

0

α · x

α−1

, α ∈ − {0}

3

background image

Twierdzenie 4. (WK istnienia pochodnej)Jeżeli f

0

(x

0

) istnieje, to funkcja f jest ciągła w

punkcie x

0

.

Uwaga 2. Jeżeli istnieje pochodna f

0

w przedziale , to

1. jeżeli funkcja jest rosnąca na przedziale , to f

0

­ 0 na tym przedziale;

2. jeżeli funkcja jest malejąca na przedziale , to f

0

¬ 0 na tym przedziale.

x

- sinx

-2

2

4

6

8

X

-4

-2

2

4

6

8

Y

Funkcja (x) = x − sin jest rosnąca w R. f

0

(x) = 0 dla nieskończenie wielu x ∈ R.

Twierdzenie 5. (de l’Hospitala) 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)

.

4