的连续的衍生物是那些二阶导数之后,从一个功能的。计算连续导数的过程如下:我们有一个函数f,我们可以导出它,从而获得导数函数f'。我们可以再次推导f的导数,获得(f')'。
这个新函数称为二阶导数。从第二次计算得出的所有导数都是连续的;这些也被称为高阶,具有很大的应用,例如提供有关函数图的图的信息,相对极值的二阶导数的检验以及无穷级数的确定。
定义
使用Leibniz的表示法,我们具有相对于“ x”的函数“ y”的导数为dy / dx。为了使用莱布尼兹的表示法表示“ y”的二阶导数,我们编写如下:
通常,我们可以用莱布尼兹(Leibniz)的符号表示连续的导数,其中n表示导数的阶数。
使用的其他符号如下:
我们可以看到不同符号的一些示例是:
例子1
获得由以下函数定义的函数f的所有导数:
使用通常的推导技术,我们可以得出f的导数为:
通过重复该过程,我们可以获得二阶导数,三阶导数,依此类推。
请注意,四阶导数为零,零的导数为零,因此我们有:
例子2
计算以下函数的四阶导数:
结果是得出给定的函数:
速度和加速度
导致导数发现的动机之一是寻找瞬时速度的定义。正式定义如下:
令y = f(t)是一个函数,其图描述了时间t处粒子的轨迹,则其在时间t处的速度由下式给出:
一旦获得粒子的速度,我们就可以计算瞬时加速度,其定义如下:
由y = f(t)给出路径的粒子的瞬时加速度为:
例子1
粒子根据位置函数沿直线移动:
其中“ y”以米为单位,“ t”以秒为单位。
-在什么时候速度为0?
-在什么时候加速度为0?
推导位置函数«和»时,我们分别给出其速度和加速度:
为了回答第一个问题,确定函数v何时变为零就足够了。这是:
我们以类似的方式处理以下问题:
例子2
粒子根据以下运动方程式沿直线移动:
当a = 0时确定“ t,y”和“ v”。
知道速度和加速度是由
我们继续推导并获得:
使a = 0,我们有:
从这里我们可以推断出a等于零的t的值是t = 1。
然后,在t = 1时评估位置函数和速度函数,我们得到:
应用领域
显式推导
连续导数也可以通过隐式推导获得。
例
给定以下椭圆,找到“ y”:
关于x隐式推导,我们有:
然后相对于x隐式地重新推导得出:
最后,我们有:
相对极端
我们可以赋予二阶导数的另一个用途是计算函数的相对极值。
局部极值的一阶导数的标准告诉我们,如果我们在区间(a,b)上具有连续函数f,并且有一个c属于所述区间,则f在c中消失(即,c是一个临界点),可能会发生以下三种情况之一:
-如果对于属于(a,c)的任何x f´(x)> 0,对于属于(c,b)的x f´(x)<0,则f(c)是局部最大值。
-如果对于属于(a,c)的任何x f´(x)<0,对于属于(c,b)的x f´(x)> 0,则f(c)是局部最小值。
-如果f´(x)在(a,c)和(c,b)中具有相同的符号,则表示f(c)不是局部极值。
使用二阶导数的标准,我们可以知道函数的临界数是局部最大值还是最小值,而不必查看函数在上述间隔中的符号是什么。
第二个漂移准则告诉我们,如果f´(c)= 0且f´´(x)在(a,b)中是连续的,则会发生如果f´´(c)> 0则f(c)是局部最小值,并且如果f´(c)<0,则f(c)是局部最大值。
如果f´(c)= 0,我们将无法得出任何结论。
例
鉴于函数f(x)= X 4 +(4/3)× 3 - 4× 2,找到的F,使用二阶导数的标准的相对最大值和最小值。
首先,我们计算f´(x)和f´´(x),我们有:
F'(x)= 4× 3 + 4× 2 - 8倍速
f´(x)= 12x 2 + 8x-8
现在,当且仅当4x(x + 2)(x-1)= 0时,f´(x)= 0,并且当x = 0,x = 1或x =-2时会发生这种情况。
要确定所获得的临界数是否是相对极值,就足以在f´´处求值并观察其符号。
f´(0)=-8,所以f(0)是一个局部最大值。
f´´(1)= 12,因此f(1)是局部最小值。
f´(-2)= 24,所以f(-2)是局部最小值。
泰勒级数
令f为定义如下的函数:
此函数的收敛半径R> 0,并且具有(-R,R)中所有阶的导数。f的连续导数给我们:
取x = 0,我们可以得到c n的值作为其导数的函数,如下所示:
如果我们将一个= 0作为函数f(即f ^ 0 = f),则可以如下重写该函数:
现在,让我们将函数视为x = a的一系列幂:
如果我们进行与上一个类似的分析,则可以将函数f编写为:
这些级数从f到a被称为泰勒级数。当a = 0时,我们有称为Maclaurin系列的特殊情况。这种类型的级数在数学上尤其是在数值分析中具有重要的数学意义,因为有了这些,我们可以在计算机中定义函数,例如e x,sin(x)和cos(x)。
例
获取麦克劳林系列è X。
请注意,如果f(x)= e x,则f (n)(x)= e x且f (n)(0)= 1,因此其Maclaurin级数为:
参考文献
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