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常见函数求导,幂指函数求导

时间:2023-05-04 10:14:16 阅读:235450 作者:1075

动机

以圆的图像开始,求切线的斜率就是把这个点放大很多倍,然后找到dy和dx。但是注意y没写成f(x)形式,所以不能直接求导。这种曲线不能叫函数,叫隐函数。

隐函数的求导结果是这样的?但是为啥呢?

开始探究 1. 相关变化率

考虑一个梯子长5米

问如果梯子以1m/s下滑,问你梯子底端的移动速度多少?

我们定义y(t)和x(t)的函数,表示这两段随时间的变化。说实话我没想到时间这个维度,所以就比人家少根筋啊。然后把x(t)挪一边,运用链式求导直接算,但是不用这么麻烦的,我们下面用一种新方法。

等式左边是一个关于时间的函数,但是函数值是常数,所以函数的变化率为0。

对两边求导,相当于在问,经过dt时间后,梯子总的长度变化多少,而总的长度变化又和dx(t)和dy(t)有关。长度没变,所以导数为0. 感觉一些数学公式的推导就是你要先相信你写的,才能接着推,你自己都怀疑你随便写的,怎么在此基础上向下进行呢?

设刚开始为起点,x(t)啊,y(t),dy/dt都知道,所以一代入就知道结果了

梯子和圆的问题的区别就是一个有dt,一个没有

这样就证明了隐函数的求导。

2. 从S的角度考虑问题

设S=x^2+y^2, 点(x,y)在圆外,S>25;在圆上,S=25;在圆内,S<25

S的求导就是考虑,在x有dx变化和y有dy的变化下,新的点偏移到圆内,dS是多少?开奖人直接给出了dS,不知根据啥?

然后他就给出在(3,4)这个点,dx=-0.02,dy=-0.01时的dS,就好像dS本就是这样,也没去证明。

又讲dS的本质是(x,y)偏移(dx,dy)后,相应的平方和偏移了多少。这些都是近似值,dx和dy越小越精确。

要想让dS=0,即新点一直在圆上,那么就要满足2xdx+2ydy=0。也就是要求每一步落在过圆的切线上,并且步子越小越在圆上。

这里解释一下,dx,dy越小,两边的变化量才是真实的变化量,所以新点近似在圆上;dx,dy太大,虽然变化量相等,但这变化量和真实变化量差距太大,新点不能保证在圆上。

再看这条线的性质,直线且包含圆上有点,肯定是切线了。

这个图在告诫我们,dS只是近似值,dx,dy越小近似得越真,这里要深刻理解,不要把直线上所有点都当真实的近似啊。

3.再考虑一个例子

相关图像也挺奇怪的。

对左右两边求导,就能知道两边函数各变化多少。在dx,dy极小下,只有两边相等时,说明两边函数的变化值相等,所以新点还满足约束,所以还在曲线上。

但是这条求出的直线为啥是切线呢?不知道啊。。。。。

解释一下,这里有个先有谁的问题,注意你在说两边变化量相等时,就是假设dx,dy趋近于0,这时才敢说你算的变化量约等于真实的变化量,记住这个dx,dy都是极小值,所以新点(x+dx,y+dy)和老点(x,y)挨得极近,所以通过俩点的线就是切线。

套用第二章的图,变化量=导数*dx,导数就是切线的斜率。算变化量时,导数是已知的,摆在那里,所以dx极小时,变化量才和真实的变化量基本一样啊,否则偏差越来越大,你算出的变化量无法刻画真实的变化量。

总结一下啊:1.两边变化量画等号前,dx,dy假设极小的数;2.算出了dy/dx的比值,得到一条斜线;3.此斜线无限长,但是只有dx,dy极小的点才是在曲线上,太大的点不能保证算出的变化率就是真实的变化率。4.又因为dx,dy极小,所以通过新点和老点的直线就是切线。

用隐函数求其他导数

考虑这个函数,斜率就是这样写,但这样写也展开不了,最后等于多少呢?下面用隐函数解决。

把函数变形,求出左右两边函数的变化量。变化量相等的话,新点就还在曲线上。假如两边不等,新点(x+dx,y+dy)落不到曲线上。注意切线上的点都满足此等式,切点附近的点 近似在曲线上。

感悟

这节就是讲同时对等号两边求导,求出两边在(dx,dy)的偏移下,函数两边各自的偏移。设两边相等,会求出一条在(x,y)的切线,该切线上的所有点都满足关于dx和dy的性质,但是只有切点附近的点才近似在圆上。dy/dx就是隐函数。

这里有个弯,dx,dy越大,估计的变化量越不准确,具体联想导数的定义和导数的图像。所以两边各自加上自己的变化量后,得到的新值距真实值差距更远,虽然此时新值相等,但不是真实值啊,所以新值相等也没用。

只有dx,dy足够小,新值才近似等于真实值,所以相加后得到的新值相等也说明真实值相等,所以新点还在曲线上。

上述告诉我们两边的变化量只有在微观下相等才准确,而导数那章告诉我们变化率只有在微观下才准确。

 

 

 

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