Mari kita perhatikan definisi garis pada bidang, di mana variabel x, y adalah fungsi dari variabel ketiga t (disebut parameter):

Untuk setiap nilai t dari beberapa interval sesuai dengan nilai-nilai tertentu x dan y, dan, maka titik tertentu M(x, y) dari pesawat. Kapan t berjalan melalui semua nilai dari interval yang diberikan, maka titik M (x, y) menjelaskan beberapa baris L. Persamaan (2.2) disebut persamaan parametrik garis L.

Jika fungsi x = (t) memiliki invers t = (x), maka substitusikan persamaan ini ke dalam persamaan y = g(t), kita peroleh y = g(Ф(x)), yang menentukan kamu sebagai fungsi dari x. Dalam hal ini, persamaan (2.2) dikatakan mendefinisikan fungsi kamu secara parametrik.

Contoh 1 Biarlah M (x, y) adalah titik sembarang dari lingkaran berjari-jari R dan berpusat pada titik asal. Biarlah t- sudut antara sumbu Sapi dan radius om(Lihat Gambar 2.3). Kemudian x, y diungkapkan melalui t:

Persamaan (2.3) adalah persamaan parametrik lingkaran. Mari kita keluarkan parameter t dari persamaan (2.3). Untuk melakukan ini, kita kuadratkan setiap persamaan dan menjumlahkannya, kita mendapatkan: x 2 + y 2 \u003d R 2 (cos 2 t + sin 2 t) atau x 2 + y 2 \u003d R 2 - persamaan lingkaran dalam sistem koordinat kartesius. Ini mendefinisikan dua fungsi: Masing-masing fungsi ini diberikan oleh persamaan parametrik (2.3), tetapi untuk fungsi pertama , dan untuk yang kedua .

Contoh 2. Persamaan parametrik

mendefinisikan elips dengan semiaxes a, b(Gbr. 2.4). Menghilangkan parameter dari persamaan t, kita memperoleh persamaan kanonik elips:

Contoh 3. Sikloid adalah garis yang digambarkan oleh sebuah titik yang terletak pada lingkaran jika lingkaran ini menggelinding tanpa tergelincir sepanjang garis lurus (Gbr. 2.5). Mari kita perkenalkan persamaan parametrik cycloid. Biarkan jari-jari lingkaran bergulir menjadi sebuah, dot M, menggambarkan cycloid, pada awal gerakan bertepatan dengan asalnya.

Mari kita tentukan koordinatnya x, poin y M setelah lingkaran berotasi membentuk sudut t
(Gbr. 2.5), t = MCB. Panjang busur MB sama dengan panjang segmen OB, karena lingkaran menggelinding tanpa tergelincir, jadi

OB = at, AB = MD = asint, CD = acost, x = OB – AB = at – asint = a(t – sint),

y = AM = CB - CD = a - acost = a(1 - cost).

Jadi, persamaan parametrik cycloid diperoleh:

Saat mengubah parameter t dari 0 sampai 2π lingkaran diputar satu kali putaran, sedangkan titik M menggambarkan salah satu busur dari cycloid. Persamaan (2.5) mendefinisikan kamu sebagai fungsi dari x. Meskipun fungsinya x = a(t - sint) memiliki fungsi invers, tetapi tidak dinyatakan dalam fungsi dasar, jadi fungsi y = f(x) tidak dinyatakan dalam fungsi dasar.

Pertimbangkan diferensiasi fungsi yang diberikan secara parametrik oleh persamaan (2.2). Fungsi x = (t) pada interval perubahan t tertentu memiliki fungsi invers t = (x), kemudian y = g(Ф(x)). Biarlah x = (t), y = g(t) memiliki turunan, dan x"t≠0. Menurut aturan diferensiasi fungsi kompleks y"x=y"t×t"x. Berdasarkan aturan diferensiasi fungsi terbalik, maka:

Rumus yang dihasilkan (2.6) memungkinkan seseorang untuk menemukan turunan untuk fungsi yang diberikan secara parametrik.

Contoh 4. Biarkan fungsi kamu, bergantung kepada x, diatur secara parametrik:

Keputusan. .
Contoh 5 Temukan Kemiringan k bersinggungan dengan cycloid pada titik M 0 sesuai dengan nilai parameter .
Keputusan. Dari persamaan sikloid: y" t = asint, x" t = a(1 - biaya), Itu sebabnya

Kemiringan garis singgung di suatu titik M0 sama dengan nilai di t 0 \u003d / 4:

PERBEDAAN FUNGSI

Biarkan fungsi pada suatu titik x0 memiliki turunan. Prioritas-A:
oleh karena itu, dengan sifat-sifat limit (Bag. 1.8) , di mana sebuah sangat kecil di x → 0. Dari sini

y = f "(x0)Δx + ×Δx. (2.7)

Karena x → 0, suku kedua dalam persamaan (2.7) adalah orde lebih tinggi yang sangat kecil, dibandingkan dengan , oleh karena itu y dan f "(x 0) × x ekivalen, sangat kecil (untuk f "(x 0) 0).

Jadi, kenaikan fungsi y terdiri dari dua suku, di mana f "(x 0) × x pertama adalah bagian utama kenaikan Δy, linier terhadap x (untuk f "(x 0) 0).

Diferensial fungsi f(x) pada titik x 0 disebut bagian utama dari kenaikan fungsi dan dinotasikan: dy atau df(x0). Karena itu,

df (x0) =f "(x0)×Δx. (2.8)

Contoh 1 Tentukan diferensial dari suatu fungsi dy dan kenaikan fungsi y untuk fungsi y \u003d x 2 ketika:
1) sewenang-wenang x dan x; 2) x 0 \u003d 20, x \u003d 0,1.

Keputusan

1) y \u003d (x + x) 2 - x 2 \u003d x 2 + 2xΔx + (Δx) 2 - x 2 \u003d 2xΔx + (Δx) 2, dy \u003d 2xΔx.

2) Jika x 0 \u003d 20, x \u003d 0,1, maka y \u003d 40 × 0,1 + (0,1) 2 \u003d 4.01; dy = 40 × 0,1 = 4.

Kami menulis kesetaraan (2.7) dalam bentuk:

y = dy + a×Δx. (2.9)

Kenaikan y berbeda dari diferensial dy ke orde yang lebih tinggi sangat kecil, dibandingkan dengan x, oleh karena itu, dalam perhitungan perkiraan, persamaan perkiraan y dy digunakan jika x cukup kecil.

Mempertimbangkan bahwa y \u003d f (x 0 + x) - f (x 0), kami memperoleh rumus perkiraan:

f(x 0 + x) f(x 0) + dy. (2.10)

Contoh 2. Hitung kira-kira.

Keputusan. Mempertimbangkan:

Dengan menggunakan rumus (2.10), kita peroleh:

Oleh karena itu, 2,025.

Pertimbangkan arti geometris dari diferensial df(x0)(Gbr. 2.6).

Gambarlah garis singgung grafik fungsi y = f (x) di titik M 0 (x0, f (x 0)), misalkan adalah sudut antara garis singgung KM0 dan sumbu Ox, maka f”(x 0 ) = tgφ Dari M0NP:
PN \u003d tgφ × Δx \u003d f "(x 0) × Δx \u003d df (x 0). Tetapi PN adalah kenaikan ordinat tangen ketika x berubah dari x 0 ke x 0 + Δx.

Oleh karena itu, diferensial fungsi f(x) pada titik x 0 sama dengan kenaikan ordinat tangen.

Mari kita cari diferensial fungsi
y=x. Karena (x)" = 1, maka dx = 1 × x = x. Kita asumsikan bahwa diferensial variabel bebas x sama dengan kenaikannya, yaitu dx = x.

Jika x adalah bilangan arbitrer, maka dari persamaan (2.8) kita peroleh df(x) = f "(x)dx, dari mana .
Jadi, turunan untuk fungsi y = f(x) sama dengan rasio diferensialnya terhadap diferensial argumen.

Perhatikan sifat-sifat diferensial suatu fungsi.

Jika u(x), v(x) adalah fungsi yang dapat diturunkan, maka rumus berikut ini benar:

Untuk membuktikan rumus ini, digunakan rumus turunan untuk jumlah, hasil kali, dan hasil bagi. Mari kita buktikan, misalnya, rumus (2.12):

d(u×v) = (u×v)"Δx = (u×v" + u"×v)Δx = u×v"Δx + u"Δx×v = u×dv + v×du.

Pertimbangkan diferensial fungsi kompleks: y = f(x), x = (t), mis. y = f(φ(t)).

Maka dy = y" t dt, tetapi y" t = y" x ×x" t , jadi dy =y" x x" t dt. Mempertimbangkan,

bahwa x" t = dx, kita mendapatkan dy = y" x dx =f "(x)dx.

Dengan demikian, diferensial fungsi kompleks y \u003d f (x), di mana x \u003d (t), memiliki bentuk dy \u003d f "(x) dx, sama seperti ketika x adalah variabel independen. Properti ini disebut bentuk diferensial invarian sebuah.

Sejauh ini, kami telah mempertimbangkan persamaan garis pada bidang, yang secara langsung menghubungkan koordinat titik-titik garis ini saat ini. Namun, cara lain untuk menentukan garis sering digunakan, di mana koordinat saat ini dianggap sebagai fungsi dari variabel ketiga.

Biarkan dua fungsi dari suatu variabel diberikan

dipertimbangkan untuk nilai t yang sama. Kemudian salah satu dari nilai t ini sesuai dengan nilai tertentu dan nilai y tertentu, dan, akibatnya, ke titik tertentu. Ketika variabel t melewati semua nilai dari area definisi fungsi (73), titik tersebut menggambarkan beberapa garis pada bidang.Persamaan (73) disebut persamaan parametrik dari garis ini, dan variabelnya disebut parameter.

Asumsikan bahwa fungsi tersebut memiliki fungsi invers Mensubstitusikan fungsi ini ke dalam persamaan kedua (73), kita memperoleh persamaan

menyatakan y sebagai fungsi

Mari kita setuju untuk mengatakan bahwa fungsi ini diberikan secara parametrik oleh persamaan (73). Transisi dari persamaan ini ke persamaan (74) disebut eliminasi parameter. Saat mempertimbangkan fungsi yang didefinisikan secara parametrik, pengecualian parameter tidak hanya tidak diperlukan, tetapi juga tidak selalu memungkinkan secara praktis.

Dalam banyak kasus, jauh lebih nyaman, mengingat nilai parameter yang berbeda, untuk kemudian menghitung, menggunakan rumus (73), nilai yang sesuai dari argumen dan fungsi y.

Pertimbangkan contoh.

Contoh 1. Misalkan sebuah titik sembarang dari sebuah lingkaran yang berpusat pada titik asal dan jari-jari R. Koordinat Cartesian x dan y dari titik ini dinyatakan dalam jari-jari kutub dan sudut kutubnya, yang kita nyatakan di sini dengan t, sebagai berikut ( lihat Bab I, 3, butir 3):

Persamaan (75) disebut persamaan parametrik lingkaran. Parameter di dalamnya adalah sudut kutub, yang bervariasi dari 0 hingga.

Jika persamaan (75) dikuadratkan dan ditambahkan suku demi suku, maka, karena identitas, parameter akan dihilangkan dan persamaan lingkaran dalam sistem koordinat Cartesian akan diperoleh, yang mendefinisikan dua fungsi dasar:

Masing-masing fungsi ini ditentukan secara parametrik dengan persamaan (75), tetapi rentang variasi parameter untuk fungsi-fungsi ini berbeda. Untuk yang pertama; grafik fungsi ini adalah setengah lingkaran atas. Untuk fungsi kedua, grafiknya adalah setengah lingkaran bawah.

Contoh 2. Pertimbangkan sebuah elips pada saat yang sama

dan sebuah lingkaran berpusat di titik asal dan jari-jari a (Gbr. 138).

Untuk setiap titik M dari elips, kami mengasosiasikan titik N dari lingkaran, yang memiliki absis yang sama dengan titik M, dan terletak dengannya pada sisi yang sama dari sumbu Ox. Posisi titik N, dan karenanya titik M, sepenuhnya ditentukan oleh sudut kutub titik t. Dalam hal ini, untuk absis umum mereka, kami memperoleh ekspresi berikut: x \u003d a. Kami menemukan ordinat di titik M dari persamaan elips:

Tanda tersebut dipilih karena ordinat di titik M dan ordinat di titik N harus memiliki tanda yang sama.

Dengan demikian, persamaan parametrik berikut diperoleh untuk elips:

Di sini parameter t berubah dari 0 menjadi .

Contoh 3. Perhatikan sebuah lingkaran dengan pusat di titik a) dan jari-jari a, yang tentu saja menyentuh sumbu x di titik asal (Gbr. 139). Misalkan lingkaran inilah yang menggelinding tanpa tergelincir sepanjang sumbu-x. Kemudian titik M lingkaran, yang bertepatan pada saat awal dengan titik asal, menggambarkan sebuah garis, yang disebut cycloid.

Kami menurunkan persamaan parametrik cycloid, dengan mengambil parameter t sudut rotasi lingkaran MSW ketika memindahkan titik tetapnya dari posisi O ke posisi M. Kemudian untuk koordinat dan y dari titik M kami memperoleh ekspresi berikut:

Karena kenyataan bahwa lingkaran menggelinding sepanjang sumbu tanpa tergelincir, panjang segmen OB sama dengan panjang busur VM. Karena panjang busur VM sama dengan hasil kali jari-jari a dan sudut pusat t, maka . Jadi . Tapi, oleh karena itu,

Persamaan ini adalah persamaan parametrik dari cycloid. Saat mengubah parameter t dari 0 ke lingkaran akan membuat satu putaran penuh. Titik M akan menggambarkan salah satu busur dari cycloid.

Pengecualian parameter t mengarah ke ekspresi rumit dan praktis tidak praktis.

Definisi parametrik garis sangat sering digunakan dalam mekanika, dan waktu memainkan peran parameter.

Contoh 4. Mari kita tentukan lintasan peluru yang ditembakkan dari pistol dengan kecepatan awal pada sudut a ke cakrawala. Hambatan udara dan dimensi proyektil, mengingatnya sebagai titik material, diabaikan.

Mari kita pilih sistem koordinat. Untuk asal koordinat, kami mengambil titik keberangkatan proyektil dari moncongnya. Mari kita arahkan sumbu Ox secara horizontal, dan sumbu Oy - secara vertikal, menempatkannya di bidang yang sama dengan moncong pistol. Jika tidak ada gaya gravitasi, maka proyektil akan bergerak sepanjang garis lurus membentuk sudut a dengan sumbu Ox, dan pada saat t proyektil telah menempuh jarak. Karena gravitasi bumi, proyektil pada saat ini harus turun secara vertikal dengan suatu nilai.Oleh karena itu, pada kenyataannya, pada saat t, koordinat proyektil ditentukan oleh rumus:

Persamaan ini adalah konstanta. Ketika t berubah, koordinat titik lintasan proyektil juga akan berubah. Persamaan tersebut adalah persamaan parametrik lintasan peluru, dengan parameter waktu

Ekspresikan dari persamaan pertama dan substitusikan ke dalam

persamaan kedua, kita mendapatkan persamaan lintasan proyektil dalam bentuk Ini adalah persamaan parabola.

Turunan dari suatu fungsi yang diberikan secara implisit.
Turunan dari fungsi yang didefinisikan secara parametrik

Pada artikel ini, kami akan mempertimbangkan dua tugas tipikal yang sering ditemukan dalam tes matematika tingkat tinggi. Agar berhasil menguasai materi, perlu untuk dapat menemukan turunan setidaknya pada tingkat rata-rata. Anda dapat mempelajari cara menemukan turunan secara praktis dari awal dalam dua pelajaran dasar dan Turunan dari fungsi kompleks. Jika semuanya beres dengan keterampilan diferensiasi, maka ayo pergi.

Turunan dari suatu fungsi yang didefinisikan secara implisit

Atau, singkatnya, turunan dari fungsi implisit. Apa itu fungsi implisit? Pertama-tama mari kita ingat kembali definisi fungsi dari satu variabel:

Fungsi dari satu variabel adalah aturan bahwa setiap nilai variabel independen sesuai dengan satu dan hanya satu nilai fungsi.

Variabel tersebut disebut variabel bebas atau argumen.
Variabel tersebut disebut variabel tak bebas atau fungsi .

Sejauh ini, kami telah mempertimbangkan fungsi yang didefinisikan dalam eksplisit membentuk. Apa artinya? Mari kita mengatur debriefing pada contoh-contoh spesifik.

Pertimbangkan fungsinya

Kami melihat bahwa di sebelah kiri kami memiliki satu-satunya "y", dan di sebelah kanan - hanya x. Artinya, fungsi secara eksplisit dinyatakan dalam variabel bebas .

Mari kita pertimbangkan fungsi lain:

Di sini variabel dan terletak "campuran". Dan tidak mungkin dengan cara apa pun nyatakan "Y" hanya melalui "X". Apa saja metode-metode tersebut? Mentransfer istilah dari bagian ke bagian dengan perubahan tanda, kurung, melempar faktor sesuai dengan aturan proporsi, dll. Tulis ulang persamaan dan coba nyatakan "y" secara eksplisit:. Anda dapat memutar dan mengubah persamaan selama berjam-jam, tetapi Anda tidak akan berhasil.

Izinkan saya untuk memperkenalkan: - sebuah contoh fungsi implisit.

Dalam proses analisis matematis, terbukti bahwa fungsi implisit ada(tetapi tidak selalu), ia memiliki grafik (seperti fungsi "normal"). Itu sama untuk fungsi implisit. ada turunan pertama, turunan kedua, dll. Seperti yang mereka katakan, semua hak minoritas seksual dihormati.

Dan dalam pelajaran ini kita akan belajar bagaimana menemukan turunan dari suatu fungsi yang diberikan secara implisit. Tidak sesulit itu! Semua aturan diferensiasi, tabel turunan fungsi dasar tetap berlaku. Perbedaannya terletak pada satu hal yang aneh, yang akan kita bahas sekarang.

Ya, dan saya akan memberi tahu Anda kabar baiknya - tugas yang dibahas di bawah ini dilakukan sesuai dengan algoritma yang agak kaku dan jelas tanpa batu di depan tiga trek.

Contoh 1

1) Pada tahap pertama, kami menggantung goresan di kedua bagian:

2) Kami menggunakan aturan linearitas turunan (dua aturan pertama pelajaran Bagaimana cara mencari turunannya? Contoh solusi):

3) Diferensiasi langsung.
Bagaimana membedakan dan benar-benar dimengerti. Apa yang harus dilakukan di mana ada "permainan" di bawah pukulan?

- hanya untuk mempermalukan, turunan suatu fungsi sama dengan turunannya: .

Bagaimana membedakannya?
Di sini kita punya fungsi kompleks. Mengapa? Tampaknya di bawah sinus hanya ada satu huruf "Y". Tapi, faktanya hanya satu huruf "y" - ADALAH FUNGSI DI SENDIRI(lihat definisi di awal pelajaran). Jadi, sinus adalah fungsi eksternal, adalah fungsi internal. Kami menggunakan aturan diferensiasi fungsi kompleks :

Produk dapat dibedakan menurut aturan biasa :

Perhatikan bahwa juga merupakan fungsi kompleks, setiap "mainan twist" adalah fungsi yang kompleks:

Desain solusi itu sendiri akan terlihat seperti ini:


Jika ada tanda kurung, maka bukalah:

4) Di sisi kiri, kami mengumpulkan istilah di mana ada "y" dengan goresan. Di sisi kanan - kami mentransfer yang lainnya:

5) Di sisi kiri, kami mengambil turunan dari tanda kurung:

6) Dan sesuai dengan aturan proporsi, kami memasukkan tanda kurung ini ke dalam penyebut ruas kanan:

Derivatif telah ditemukan. Siap.

Sangat menarik untuk dicatat bahwa fungsi apa pun dapat ditulis ulang secara implisit. Misalnya, fungsi dapat ditulis ulang seperti ini: . Dan membedakannya sesuai dengan algoritma yang baru saja dipertimbangkan. Faktanya, frasa "fungsi implisit" dan "fungsi implisit" berbeda dalam satu nuansa semantik. Ungkapan "fungsi yang didefinisikan secara implisit" lebih umum dan benar, - fungsi ini diberikan secara implisit, tetapi di sini Anda dapat mengekspresikan "y" dan menyajikan fungsinya secara eksplisit. Frasa "fungsi implisit" berarti fungsi implisit "klasik", ketika "y" tidak dapat diungkapkan.

Cara kedua untuk menyelesaikan

Perhatian! Anda dapat membiasakan diri dengan metode kedua hanya jika Anda tahu cara menemukan dengan percaya diri turunan parsial. Pemula Kalkulus dan Dummies Tolong jangan baca dan lewati paragraf ini, jika tidak, kepala akan benar-benar berantakan.

Temukan turunan dari fungsi implisit dengan cara kedua.

Kami memindahkan semua istilah ke sisi kiri:

Dan pertimbangkan fungsi dari dua variabel:

Kemudian turunan kita dapat ditemukan dengan rumus
Mari kita cari turunan parsial:

Dengan demikian:

Solusi kedua memungkinkan Anda untuk melakukan pemeriksaan. Tetapi tidak diinginkan untuk menyusun versi final tugas untuk mereka, karena turunan parsial akan dikuasai nanti, dan seorang siswa yang mempelajari topik "Turunan fungsi satu variabel" tidak boleh mengetahui turunan parsial.

Mari kita lihat beberapa contoh lagi.

Contoh 2

Temukan turunan dari suatu fungsi yang diberikan secara implisit

Kami menggantung goresan di kedua bagian:

Kami menggunakan aturan linearitas:

Menemukan turunan:

Memperluas semua tanda kurung:

Kami mentransfer semua persyaratan dengan ke sisi kiri, sisanya - ke sisi kanan:

Jawaban akhir:

Contoh 3

Temukan turunan dari suatu fungsi yang diberikan secara implisit

Solusi lengkap dan contoh desain di akhir pelajaran.

Tidak jarang pecahan muncul setelah diferensiasi. Dalam kasus seperti itu, pecahan harus dibuang. Mari kita lihat dua contoh lagi.

Contoh 4

Temukan turunan dari suatu fungsi yang diberikan secara implisit

Kami menyimpulkan kedua bagian di bawah goresan dan menggunakan aturan linieritas:

Kami membedakan menggunakan aturan diferensiasi fungsi kompleks dan aturan diferensiasi hasil bagi :

Memperluas tanda kurung:

Sekarang kita perlu menyingkirkan pecahan. Ini bisa dilakukan nanti, tetapi lebih rasional untuk melakukannya segera. Penyebut pecahan tersebut adalah . Berkembang biak pada . Secara detail akan terlihat seperti ini:

Terkadang setelah diferensiasi, 2-3 fraksi muncul. Jika kita memiliki satu pecahan lagi, misalnya, maka operasi harus diulang - kalikan setiap istilah dari setiap bagian pada

Di sisi kiri, kami mengeluarkannya dari tanda kurung:

Jawaban akhir:

Contoh 5

Temukan turunan dari suatu fungsi yang diberikan secara implisit

Ini adalah contoh do-it-yourself. Satu-satunya hal di dalamnya, sebelum menyingkirkan pecahan, Anda harus terlebih dahulu menyingkirkan struktur tiga lantai dari pecahan itu sendiri. Solusi lengkap dan jawaban di akhir pelajaran.

Turunan dari fungsi yang didefinisikan secara parametrik

Jangan tegang, di paragraf ini juga, semuanya cukup sederhana. Anda dapat menuliskan rumus umum dari fungsi yang diberikan secara parametrik, tetapi, untuk memperjelasnya, saya akan segera menuliskan contoh spesifik. Dalam bentuk parametrik, fungsi diberikan oleh dua persamaan: . Seringkali, persamaan ditulis tidak di bawah kurung kurawal, tetapi secara berurutan:,.

Variabel disebut parameter dan dapat mengambil nilai dari "minus infinity" hingga "plus infinity". Pertimbangkan, misalnya, nilai dan substitusikan ke dalam kedua persamaan: . Atau secara manusiawi: "jika x sama dengan empat, maka y sama dengan satu." Anda dapat menandai titik pada bidang koordinat, dan titik ini akan sesuai dengan nilai parameter. Demikian pula, Anda dapat menemukan titik untuk nilai apa pun dari parameter "te". Adapun fungsi "biasa", untuk Indian Amerika dari fungsi yang diberikan secara parametrik, semua hak juga dihormati: Anda dapat memplot grafik, menemukan turunan, dan seterusnya. Omong-omong, jika ada kebutuhan untuk membuat grafik dari fungsi yang diberikan secara parametrik, Anda dapat menggunakan program saya.

Dalam kasus yang paling sederhana, adalah mungkin untuk merepresentasikan fungsi secara eksplisit. Kami mengekspresikan parameter dari persamaan pertama: dan substitusikan ke persamaan kedua: . Hasilnya adalah fungsi kubik biasa.

Dalam kasus yang lebih "parah", trik seperti itu tidak berhasil. Tapi ini tidak masalah, karena ada rumus untuk mencari turunan dari fungsi parametrik:

Kami menemukan turunan dari "pemain sehubungan dengan variabel te":

Semua aturan pembedaan dan tabel turunan adalah valid, tentu saja, untuk huruf , dengan demikian, tidak ada kebaruan dalam proses menemukan turunan. Ganti saja secara mental semua "x" dalam tabel dengan huruf "te".

Kami menemukan turunan dari "x sehubungan dengan variabel te":

Sekarang tinggal mengganti turunan yang ditemukan ke dalam rumus kita:

Siap. Turunan, seperti fungsi itu sendiri, juga bergantung pada parameter .

Untuk notasi, alih-alih menulis dalam rumus, cukup tulis tanpa subskrip, karena ini adalah turunan "biasa" "dengan x". Tapi selalu ada varian dalam literatur, jadi saya tidak akan menyimpang dari standar.

Contoh 6

Kami menggunakan rumus

Pada kasus ini:

Dengan demikian:

Fitur menemukan turunan dari fungsi parametrik adalah kenyataan bahwa pada setiap langkah, adalah menguntungkan untuk menyederhanakan hasil sebanyak mungkin. Jadi, dalam contoh yang dipertimbangkan, ketika menemukan, saya membuka tanda kurung di bawah root (walaupun saya mungkin tidak melakukan ini). Ada kemungkinan besar ketika mengganti dan ke dalam formula, banyak hal akan berkurang dengan baik. Meskipun ada, tentu saja, contoh dengan jawaban yang canggung.

Contoh 7

Temukan turunan dari suatu fungsi yang diberikan secara parametrik

Ini adalah contoh do-it-yourself.

Di dalam artikel Masalah khas paling sederhana dengan turunan kami mempertimbangkan contoh di mana diperlukan untuk menemukan turunan kedua dari suatu fungsi. Untuk fungsi yang diberikan secara parametrik, Anda juga dapat menemukan turunan kedua, dan ditemukan dengan rumus berikut: . Sangat jelas bahwa untuk menemukan turunan kedua, pertama-tama kita harus menemukan turunan pertama.

Contoh 8

Tentukan turunan pertama dan kedua dari suatu fungsi yang diberikan secara parametrik

Mari kita cari turunan pertama dulu.
Kami menggunakan rumus

Pada kasus ini:

Kami mengganti turunan yang ditemukan ke dalam rumus. Untuk mempermudah, kami menggunakan rumus trigonometri:

Diferensiasi logaritma

Turunan dari fungsi dasar

Aturan dasar diferensiasi

Diferensial fungsi

Bagian linier utama dari kenaikan fungsi A D x dalam definisi diferensiasi fungsi

D f=f(x)-f(x 0)=A(x-x 0)+o(x-x 0), x®x 0

disebut diferensial fungsi f(x) pada intinya x 0 dan dilambangkan

df(x 0)=f¢(x 0)D x= A D x.

Diferensial tergantung pada titik x 0 dan dari kenaikan D x. Pada D x sambil melihatnya sebagai variabel bebas, sehingga pada setiap titik diferensial adalah fungsi linier dari kenaikan D x.

Jika kita anggap sebagai fungsi f(x)=x, maka kita dapatkan dx= D x, dy=Adx. Hal ini sesuai dengan notasi Leibniz

Interpretasi geometris dari diferensial sebagai kenaikan ordinat tangen.

Beras. 4.3

1) f = konstan , f¢= 0, df= 0D x= 0.

2) f=u+v, f¢=u¢+v¢, df = du+dv.

3) f=uv, f¢=u¢v+v¢u, df = u dv + v du.

Konsekuensi. (cf(x))=cf¢(x), (c 1 f 1 (x)+…+c n f n(x))= c 1 f¢ 1 (x)+…+ c n f¢ n(x)

4) f=u/v, v(x 0)¹0 dan turunannya ada, maka f¢=(u¢v-v¢ kamu)/v 2 .

Untuk singkatnya, kami akan menunjukkan u=u(x), kamu 0 =u(x 0), maka

Melewati batas di D x® 0 kita mendapatkan persamaan yang dibutuhkan.

5) Turunan dari fungsi kompleks.

Dalil. Jika ada f¢(x 0), g¢(x 0)dan x 0 =g(t 0), kemudian di beberapa lingkungan t 0 fungsi kompleks f(g(t)), terdiferensial di titik t 0 dan

Bukti.

f(x)-f(x 0)=f¢(x 0)(x-x 0)+ sebuah( x)(x-x 0), xÎ kamu(x 0).

f(g(t))-f(g(t 0))= f¢(x 0)(g(t)-g(t 0))+ sebuah( g(t))(g(t)-g(t 0)).

Bagilah kedua ruas persamaan ini dengan ( t - t 0) dan lulus ke batas di t®t 0 .

6) Perhitungan turunan dari fungsi invers.

Dalil. Biarkan f kontinu dan benar-benar monoton pada[a, b]. Misalkan pada titik x 0 Î( a, b)ada f¢(x 0)¹ 0 , maka invers fungsi x=f -1 (kamu)memiliki titik y 0 turunan sama dengan

Bukti. Kami percaya f sangat monoton meningkat, maka f -1 (kamu) terus menerus, meningkat secara monoton pada [ f(sebuah),f(b)]. Mari kita taruh kamu 0 = f(x 0), y=f(x), x - x 0=D x,

Y y 0=D kamu. Karena kontinuitas fungsi invers D kamu®0 D x®0, kita punya

Melewati batas, kami memperoleh kesetaraan yang diperlukan.

7) Turunan fungsi genap ganjil, turunan fungsi ganjil genap.

Memang, jika x®-x 0 , kemudian - x® x 0 , Itu sebabnya

Untuk fungsi genap untuk fungsi ganjil

1) f = konstan, f¢(x)=0.

2) f(x)=x, f¢(x)=1.

3) f(x)= e x, f¢(x)= e x ,

4) f(x)= ax ,(sebuah x)= x ln sebuah.

5) ln sebuah.

6) f(x)=ln x ,

Konsekuensi. (turunan fungsi genap ganjil)

7) (x m )¢= m x m-1 , x>0, x m =e m ln x .

8) (sin x)¢= karena x,

9) (karena x)¢=- dosa x,(karena x)¢= (dosa( x+ hal/2)) ¢= karena( x+ p/2)=-sin x.

10) (tg x)¢= 1/co 2 x.

11) (ctg x)¢= -1/sin2 x.

16) sh x, ch x.

f(x),, dari mana jadinya f¢(x)= f(x)(ln f(x))¢ .

Rumus yang sama dapat diperoleh secara berbeda f(x)=e ln f(x) , f¢=e ln f(x) (ln f(x))¢.

Contoh. Hitung turunan dari suatu fungsi f=xx .

=x x = x x = x x = x x(ln x + 1).

Tempat kedudukan titik pada bidang

akan disebut grafik fungsi, diberikan secara parametrik. Mereka juga berbicara tentang definisi parametrik dari suatu fungsi.

Catatan 1. Jika sebuah x, y terus menerus [a, b] dan x(t) sangat monoton di segmen itu (misalnya, meningkat secara monoton), lalu pada [ a, b], a=x(sebuah) ,b=x(b) fungsi didefinisikan f(x)= y(t(x)), dimana t(x) – fungsi invers ke x(t). Grafik fungsi ini sama dengan grafik fungsi

Jika ruang lingkup fungsi yang didefinisikan secara parametrik dapat dibagi menjadi sejumlah segmen yang terbatas ,k= 1,2,…,n, yang masing-masing fungsinya x(t) sangat monoton, maka fungsi yang didefinisikan secara parametrik terurai menjadi sejumlah fungsi biasa yang terbatas fk(x)= y(t -1 (x)) dengan cakupan [ x(sebuah k), x(b k)] untuk daerah menaik x(t) dan dengan domain [ x(b k), x(sebuah k)] untuk bagian menurun dari fungsi x(t). Fungsi yang diperoleh dengan cara ini disebut cabang bernilai tunggal dari fungsi yang didefinisikan secara parametrik.

Gambar tersebut menunjukkan grafik fungsi yang didefinisikan secara parametrik

Dengan parameterisasi yang dipilih, domain definisi dibagi menjadi lima bagian monotonisitas yang ketat dari fungsi sin(2 t), tepat: tÎ tÎ ,tÎ ,tÎ , dan, karenanya, grafik akan dipecah menjadi lima cabang bernilai tunggal yang sesuai dengan bagian ini.

Beras. 4.4

Beras. 4,5

Anda dapat memilih parameterisasi lain dari lokus titik yang sama

Dalam hal ini, hanya akan ada empat cabang seperti itu. Mereka akan sesuai dengan bidang monoton yang ketat tÎ ,tÎ , tÎ ,tÎ fungsi dosa(2 t).

Beras. 4.6

Empat bagian monotonisitas fungsi sin(2 t) pada segmen yang panjang.

Beras. 4.7

Gambar kedua grafik dalam satu gambar memungkinkan Anda untuk menggambarkan grafik fungsi yang diberikan secara parametrik, menggunakan area monoton dari kedua fungsi.

Pertimbangkan, misalnya, cabang pertama yang sesuai dengan segmen tÎ . Di akhir bagian ini, fungsi x= dosa(2 t) mengambil nilai -1 dan 1 , jadi cabang ini akan didefinisikan pada [-1,1] . Setelah itu, Anda perlu melihat area monoton dari fungsi kedua y= karena( t), dia memiliki dua bidang monotonisitas . Ini memungkinkan kita untuk mengatakan bahwa cabang pertama memiliki dua segmen monoton. Setelah menemukan titik akhir grafik, Anda dapat menghubungkannya dengan garis lurus untuk menunjukkan sifat monoton grafik. Setelah melakukan ini dengan setiap cabang, kami mendapatkan area monoton dari cabang grafik bernilai tunggal (pada gambar mereka disorot dengan warna merah)

Beras. 4.8

Cabang tunggal pertama f 1 (x)= y(t(x)) , sesuai dengan bagian akan ditentukan untuk x[-1,1] . Cabang tunggal pertama tÎ , x[-1,1].

Ketiga cabang lainnya juga akan memiliki set [-1,1] sebagai domainnya .

Beras. 4.9

Cabang kedua tÎ x[-1,1].

Beras. 4.10

Cabang ketiga tÎ x[-1,1]

Beras. 4.11

Cabang keempat tÎ x[-1,1]

Beras. 4.12

Komentar 2. Fungsi yang sama dapat memiliki penugasan parametrik yang berbeda. Perbedaan mungkin menyangkut kedua fungsi itu sendiri x(t), kamu(t) , dan domain definisi fungsi-fungsi ini.

Contoh penetapan parametrik yang berbeda dari fungsi yang sama

dan t[-1, 1] .

Catatan 3. Jika x,y kontinu pada , x(t)- sangat monoton di segmen itu dan ada turunannya kamu(t 0),x¢(t 0)¹0, maka ada f¢(x 0)= .

Betulkah, .

Pernyataan terakhir juga meluas ke cabang bernilai tunggal dari fungsi yang didefinisikan secara parametrik.

4.2 Derivatif dan diferensial dari orde yang lebih tinggi

Derivatif dan diferensial yang lebih tinggi. Diferensiasi fungsi diberikan secara parametrik. rumus Leibniz.

Fungsi dapat didefinisikan dalam beberapa cara. Itu tergantung pada aturan yang digunakan saat mengaturnya. Bentuk eksplisit dari definisi fungsi adalah y = f (x) . Ada kasus-kasus ketika deskripsinya tidak mungkin atau tidak nyaman. Jika ada himpunan pasangan (x; y) yang perlu dihitung untuk parameter t selama interval (a; b). Untuk menyelesaikan sistem x = 3 cos t y = 3 sin t dengan 0 t< 2 π необходимо задавать окружность с центром координат с радиусом равным 3 .

Definisi fungsi parametrik

Oleh karena itu kita memiliki bahwa x = (t) , y = (t) didefinisikan pada untuk nilai t (a ; b) dan memiliki fungsi invers t = (x) untuk x = (t) , maka kita berbicara tentang pengaturan persamaan parametrik dari fungsi bentuk y = (Θ (x)) .

Ada kasus ketika, untuk mempelajari suatu fungsi, diperlukan pencarian turunan terhadap x. Pertimbangkan rumus untuk turunan dari fungsi yang diberikan secara parametrik dari bentuk y x " = " (t) " (t) , mari kita bicara tentang turunan dari orde ke-2 dan ke-n.

Turunan rumus turunan dari fungsi yang diberikan secara parametrik

Kami memiliki bahwa x = (t) , y = (t) , didefinisikan dan dapat diturunkan untuk t a ; b , dimana x t " = " (t) 0 dan x = (t) , maka terdapat fungsi invers dari bentuk t = (x) .

Untuk memulainya, Anda harus berpindah dari tugas parametrik ke tugas eksplisit. Untuk melakukan ini, Anda perlu mendapatkan fungsi kompleks dari bentuk y = (t) = (Θ (x)) , di mana ada argumen x .

Berdasarkan aturan untuk menemukan turunan dari fungsi kompleks, kita mendapatkan bahwa y "x \u003d ψ (x) \u003d " x " x.

Hal ini menunjukkan bahwa t = (x) dan x = (t) adalah fungsi invers dari rumus fungsi invers "(x) = 1 " (t) , maka y "x = " (x) Θ " (x) = " (t) " (t) .

Mari kita lanjutkan dengan mempertimbangkan penyelesaian beberapa contoh menggunakan tabel turunan menurut aturan diferensiasi.

Contoh 1

Tentukan turunan dari fungsi x = t 2 + 1 y = t .

Keputusan

Dengan syarat, kita mendapatkan bahwa (t) = t 2 + 1, (t) = t, maka kita mendapatkan bahwa "(t) = t 2 + 1" , "(t) = t" = 1. Perlu menggunakan rumus turunan dan menulis jawabannya dalam bentuk:

y "x = " (t) "(t) = 1 2 t

Menjawab: y x " = 1 2 t x = t 2 + 1 .

Saat bekerja dengan turunan suatu fungsi, parameter t menentukan ekspresi argumen x melalui parameter yang sama t agar tidak kehilangan hubungan antara nilai turunan dan fungsi yang didefinisikan secara parametrik dengan argumen yang nilai-nilai sesuai.

Untuk menentukan turunan orde kedua dari fungsi yang diberikan secara parametrik, Anda perlu menggunakan rumus turunan orde pertama pada fungsi yang dihasilkan, maka kita dapatkan

y""x = "(t)φ"(t)"φ"(t) = ""(t) "(t) - "(t) ""(t)φ"( t) 2 "(t) = "" (t) "(t) - "(t) "" (t) "(t) 3 .

Contoh 2

Temukan turunan orde ke-2 dan ke-2 dari fungsi yang diberikan x = cos (2 t) y = t 2 .

Keputusan

Dengan syarat, kita peroleh bahwa (t) = cos (2 t) , (t) = t 2 .

Kemudian setelah transformasi

"(t) \u003d cos (2 t)" \u003d - sin (2 t) 2 t " \u003d - 2 sin (2 t) (t) \u003d t 2 " \u003d 2 t

Maka y x "= " (t) "(t) = 2 t - 2 sin 2 t = - t sin (2 t) .

Kita peroleh bahwa bentuk turunan dari orde 1 adalah x = cos (2 t) y x " = - t sin (2 t) .

Untuk menyelesaikannya, Anda perlu menerapkan rumus turunan orde kedua. Kami mendapatkan ekspresi seperti

y x "" \u003d - t sin (2 t) "t \u003d - t " sin (2 t) - t (sin (2 t)) " sin 2 (2 t) - 2 sin (2 t) = = 1 sin (2 t) - t cos (2 t) (2 t) " 2 sin 3 (2 t) = sin (2 t) - 2 t cos (2 t) 2 sin 3 (2 t)

Kemudian atur turunan orde ke-2 menggunakan fungsi parametrik

x = cos (2 t) y x "" = sin (2 t) - 2 t cos (2 t) 2 sin 3 (2 t)

Solusi serupa dapat diselesaikan dengan metode lain. Kemudian

"t \u003d (cos (2 t)) " \u003d - sin (2 t) 2 t " \u003d - 2 sin (2 t) φ "" t \u003d - 2 sin (2 t) " \u003d - 2 sin (2 t) "= - 2 cos (2 t) (2 t)" = - 4 cos (2 t) "(t) = (t 2)" = 2 t ψ "" (t) = ( 2 t) " = 2

Oleh karena itu kita mendapatkan itu

y "" x = "" (t) " (t) - " (t) "" (t) " (t) 3 = 2 - 2 sin (2 t) - 2 t (- 4 cos (2 t)) - 2 sin 2 t 3 \u003d \u003d sin (2 t) - 2 t cos (2 t) 2 s i n 3 (2 t)

Menjawab: y "" x \u003d sin (2 t) - 2 t cos (2 t) 2 s i n 3 (2 t)

Demikian pula, turunan orde tinggi dengan fungsi yang ditentukan secara parametrik ditemukan.

Jika Anda melihat kesalahan dalam teks, harap sorot dan tekan Ctrl+Enter