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  • [知识点]数论之导数

    1、前言

           又开始一年一度的组合数学课了。去年这个时候我可以说是一句话都没听懂,如今一年过去了,虽然高一已经过去了,然并卵啊!三个小时,学完了排列组合,函数极限,导数,微分,定积分与不定积分,我要去问问数学组的学了多久。。。所以只能课后再来吃点补品了。

    2、函数变化率

           任何函数,均存在自己的变化率。变化率并不是变化,所以不带单位。如图所示,观察其中的△y。

    当x=0->1,函数y值增加了△y=f[1]-f[0]=4,则此时的变化率为:△y/△x=4/1=4;

    当x=1->2,函数y值增加了△y=f[2]-f[1]=1,则此时的变化率为:△y/△x=1/1=1。

    可以看出,随着x值的增大,函数的变化率减小。

    3、函数极限

           联系物理高一必修一知识,不禁会思考:我们在计算一个运动物体的速度的时候,显然只能求出某一时间段的平均速度,书上所写的概念是,当△t足够小时就是瞬时速度。足够小是多小?现在我们来做一个实验。存在一个物体,它的位移公式为:h[i]=-4.9t^2-13.1t。假设需要求出t=2时的瞬时速度。我们先考虑t=2附近的情况,任意取一个时刻2+△t,△t是时间变化量,现在分为△t<0和△t>0两种情况讨论:

    当△t<0时,v=(h[2]-h[2+△t])/(2-(2+△t))=(4.9△t^2+13.1△t)/-△t=-4.9△t-13.1;

    当△t=-0.01时,v=-13.051;当△t=-0.001时,v=-13.0951;

    当△t=-0.0001时,v=-13.09951;当△t=-0.00001时,v=-13.099951;

    当△t=-0.000001时,v=-13.0999951;当△t=-0.0000001时,v=-13.09999951;

    当△t<0时,v=(h[2+△t]-h[2])/((2+△t)-2)=(-4.9△t^2-13.1△t)/△t=-4.9△t-13.1;

    当△t=0.01时,v=-13.149;当△t=0.001时,v=-13.1049;

    当△t=0.0001时,v=-13.10049;当△t=0.00001时,v=-13.100049;

    当△t=0.000001时,v=-13.1000049;当△t=0.0000001时,v=-13.10000049。

           我们发现,当△t趋近于0时,v都趋近于一个确定的值-13.1。因此,我们可以确定,当t=2时,物体的瞬时速度为-13.1m/s。

           而通常,标准的写法为:

           

           表示,“当t=2,△t趋近于0时,平均速度v趋近于确定值-13.1”。

    4、导数的概念

           一般地,函数y=f(x)在x=x0处的瞬时变化率为:

           我们称其为函数y=f(x)在x=x0处的导数,记作f'(x0)或y'|x=x0,即:

    5、导数的几何意义

           首先确定一条过原点的二次函数线y=f(x),取线上任意一定点为P,作其切线,另取线上任意一点为Pn,连接PPn。移动Pn,如图所示:

           我们发现,当点Pn趋近于P时,割线PPn趋近于切线PT。首先容易知道,割线PPn的斜率为:

           

           由于PPn无限趋近于PT,同样地,kn也将趋近于PT的k值。设△x=x(Pn)-x(P),函数f(x)在点P处的导数就是切线PT的斜率k,即:

           

    6、基本导数公式和运算法则

           在清楚了几何意义和物理意义之后,就是计算的问题了。由上文可以得知,求最简形式函数的导数,直接将y代入就行了,下面直接列举些最基本函数的导数。

        <1> y=f(x)=c (c∈N*)          ==>     y'=0;

        <2> y=f(x)=x                 ==>     y'=1;

        <3> y=f(x)=x^2               ==>     y'=2*x;

        <4> y=f(x)=x^a               ==>     y'=a*x^a-1;

        <5> y=f(x)=a^x               ==>     y'=a^x * ln a;

        <6> y=f(x)=e^x (e≈2.719)     ==>     y'=e^x;

        <7> y=f(x)=loga x            ==>     y'=1/x*ln a;

        <8> y=f(x)=ln x              ==>     y'=1/x.

      对于两个函数加减问题,存在如下三条运算法则:

        <1> [f(x)±g(x)]'=f'(x)+g'(x);

        <2> [f(x)*g(x)]'=f'(x)*g(x)+f(x)*g'(x);

        <3> [f(x)/g(x)]'=(f'(x)*g(x)-f(x)*g'(x))/g(x)^2 (g(x)!=0).

      从法则<2>中可以延伸出,常数与函数的积的导数,等于常数乘函数的导数,即[c*f(x)]'=c*f'(x)。举一个例子来体现运算法则:求函数y=x^3-2x+3的导数

        解:y'=(x^3-2x+3)'

             =(x^3)'-(2x)'+3'

             =3x^2-2.

        答:函数y=x^3-2x+3的导数为y'=3x^2-2。

     

    7、小结

      这些东西以后迟早会学的,所以现在看看也无妨。后面的话,还将谈谈微分,定积分,不定积分等内容。

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