Файл: Зайцев И.Л. Элементы высшей математики для техникумов учебник.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 346

Скачиваний: 10

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

§ 77]

 

П Р И М ЕН ЕН И Е

ФОРМУЛ

 

Д И Ф Ф ЕРЕН Ц И РО ВАН И Я

 

 

 

185

 

Р е ш е н и е .

 

 

Данная

 

функция

степенная; основанием

степени

служит

выражение Jt3—

Ах

+ 1, зависящее от

 

х.

Поэтому

функцию,

подлежащую

дифференцированию,

можно

рассматривать

 

как

 

сложную

 

 

функцию.

т

При­

меняя

правило

(VII)

 

при

 

и =

х

3—

Ах

+ 1

и

= 3,

получим:

-

Ах

+ I)3];

=

3(х3- А х +

2

(х3 - А х +

1

)' =

 

 

Iі'х

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= [(JC

 

 

== 3 (х

3

— 4* +

I)2

 

 

2

 

 

 

 

 

П р и м е р

7.

 

 

 

1) (3х — 4).

 

 

 

 

 

 

Продифференцировать

 

функцию

 

 

 

 

 

 

Р е ш е н и е .

 

 

у =

/2;e

2

-

 

3* +

4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х,

 

 

 

Подкоренное

 

выражение — функция

 

 

поэтому

 

у

— сложная

 

функция.

Согласно

правилу

(V III),

полагая

 

и — 2х2

Зх

+

4, имеем:

 

 

— 3 + 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2х2 -

Зх

 

4)'

 

 

 

 

у' = (]/2х2- З х - { - А)'х

 

 

2

/ 2 х 2- З

+ + 4 ~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

 

 

 

 

2 f 2 x 2- 3 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если дан корень другой степени, то его нужно предварительно преобразовать в степень с дробным показателем и затем применить правило (V II). Н а­ пример,

 

(fF+7

У х

=

j ( x 2+ if]l )

=

2х —

 

If^

 

 

) 2

1)' =

 

 

 

 

 

 

 

=

[ ( * 2 +

 

у

(X2 +

 

(X2 +

 

(здесь

и

=

л

+

1

).

 

Упражнения

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти производные функций:

 

/ З . у

— хъ.

 

 

. f ( x ) =

xp^

 

" 1 . 0 = 3.

 

 

 

2 .f(x ) — ax.

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

*5.

у

=

5л:3.

 

[

 

 

-

6.

s =

—374.

 

7.

 

f (л:) =

у

ял:8.

8 . М *) =

 

п +

 

* п+». ~

9-

0 =

2 л: 3

— Зл:.'

1 0

. s = у 7 4 — у

/ 2 +

27.

11.

f (х) = — g- л: 3

+ у л: 2

— 2л: +

1. Найти f

(3).

 

 

67=

дт (jf +

1).

12.

Ң х ) = Лл— р Т * 2" * 1“

2/Г*2"

 

 

 

а І3-

 


1

186

 

 

 

 

 

 

 

ФОРМУЛЫ* Д И Ф Ф ЕРЕН Ц И РО В А Н И Я

 

 

 

 

[ГЛ. VIП

14.

s =

t2

1 -

2).

 

 

 

 

(\Q f

(л) =

2л (Зл2 -

* +

5). Найти

 

f'

( -2 )

 

(3

 

 

2).

 

 

 

 

 

16.

 

s = t ( t +

\)(t +

^ V

____

 

 

 

17.

 

/ (и) =

(2ц2•+

u) (4u2

1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

 

 

 

 

 

v

 

 

u2

-

»18. s =

2 V ^ .

 

 

 

 

 

=

X 2

.

 

 

20.

s =

rV7~.

*21.

 

=

 

 

 

V

й .

22.

ü = - ^ r .

 

 

23. f ( r ) = - ^ - .

 

 

 

Найти

 

}'(—2).

Cj 24.

у

==

r *----

 

 

 

 

P'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

‘ 25.

 

 

3

 

 

 

 

Найти

 

(8).

 

«26.

 

(o) =

 

V”

'27.

У —

 

 

Y J

f (и) =

n

 

 

 

f

 

f

 

 

 

у X2

 

~j~ ~ '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ J L

 

 

 

4 =

. y=xV Vх-

 

^29. s

 

 

 

VT

 

 

 

 

■>30. «

 

 

/ф I Ф

28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

btYt

 

 

 

 

 

6

 

 

4

 

}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_

 

31.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33. s =

 

 

Уф

 

 

у

ъ Г З Т * * ^ '

 

 

ы - у = ‘ ( Ѵ і + і ) .

t 2 -

 

1 + 1

 

 

 

 

 

 

p

 

 

y-

2x2

+ Зл +

1

 

 

 

 

 

 

 

 

Зл2 —

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

34.

 

 

 

 

 

 

 

35.

 

y =

 

— 4

36.

(/ =

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1.

 

 

 

 

 

 

37.

(H) :

 

x +

 

1

 

 

 

38. / (o) =

 

 

 

2 л --

39.

y-

 

 

 

 

 

2

X ’

 

 

 

X

 

 

 

 

1

 

V2

 

 

 

 

 

 

 

 

X

1 + 2 л

 

 

 

 

u +

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x)

40.

 

 

) .

 

 

 

 

 

41.

 

 

 

 

l++Vx

 

 

 

 

 

 

(1 +

f (x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\ —

X 2

 

X

 

 

х

'

 

 

I — VX

 

функции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42. При каких значениях

 

 

производная

 

 

 

 

 

 

 

 

равна

1) 0, 2) 3?

 

 

 

у

=

х ь

— 2л2 — 4л — 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

43. Написать уравнения укасательной

 

и нормали к кривой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

1 -

2л2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вточке ее с абсциссой, равной

44.Написать уравнения касательной и нормали к кривой ху = 2

вее точке А (2; 1).

45.К кривой у = Зл2 — 6л + 5 проведена касательная, парал­ лельная оси Ох. Найти координаты точки касания.

46.

В какой точке кривой

у =

у

2х2

— л + 1

надо провести каса­

тельную, чтобы она была параллельна прямой

у —

Зл

5?

47.

Точка, двигаясь по кривой

 

=

л2 — 8л +

15, сорвалась с нее

в тот

момент, когда оказалась на

 

прямой л =

6. Найти

уравнение

дальнейшего пути точки.

48. Написать уравнения касательной и нормали к кривой

л

а ~ 1+ л2

вточке ее А (0; 0).

49.Доказать, что кривые

у — 2х2+ 2л — 3, у = л3 — 2л + 5

имеют общую касательную в точке .4(2; 9). Написать уравнение этой касательной.


§77]

- П Р И М Е Н Е Н И Е

Ф ОРМ УЛ

Д И Ф Ф ЕРЕН Ц И РО В А Н И Я

187

 

50.

В

уравнении

параболы

у =

х2

+

Ьх

+

с

опредёлить

&х и

с,

 

у — х

 

если парабола касается

прямой

 

 

в

точке

с абсциссой

— 2.

 

 

 

за

t

51.

Количество электричества,

протекшее

через

проводник

секунд,

определяется

по

формуле

Q — 2Р

+

3/

1 (кулонов).

Найти силу тока в конце пятой секунды.

 

 

 

 

V t .

Найти

 

52.

Точка движется прямолинейно по закону 5 =

 

ее скорость в момент

t

=

2,25.

уравнением

S =

t

At

-f- 20. В ка­

 

53.

Движение точки задано

 

 

2—

 

кой момент времени скорость точки будет равна нулю?

 

 

 

 

54.

Движение точки задано уравнением

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S =

-i./4 — 4/3+

16/2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)В какие моменты времени точка была в начальном пункте?

2)В какие моменты времени скорость ее равна нулю?

55. Пуля вылетает из пистолета вверх со скоростью 300 м/сек. Найти скорость пули в момент t = 10 сек и определить, сколько времени пуля поднимается вверх. Сопротивление воздуха не учи­ тывается.

З а м е ч а н и е . Высота S (в метрах), которую достигает за t секунд тело, брошенное вертикально вверх со скоростью ѵ0 м/сек, определяется из формулы S — v0t 4,9t2.

56.С крыши дома, имеющего высоту, равную 50 м, брошен вертикально вверх мяч со скоростью 20 м/сек. Найти:

1)скорость подъема в конце второй секунды,

2)момент начала падения,

3)наибольшую высоту подъема относительно поверхности земли.

57.Тело, масса которого т = 3 кг, движется прямолинейно по

закону S =

1 + / + Д,

где 5

 

выражено в сантиметрах, a

t — в

се­

кундах. Найти кинетическую

энергию

 

 

j

тела через

5

 

секунд

после начала движения.

t2

 

3t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

58. Угол поворота шкива в зависимости от времени опреде­

ляется из равенства ф =

 

+

 

 

— 5. Найти:

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

і

1) среднюю угловую скорость в

промежутке

 

времени

от

=

3

до

= 5, 2)

угловую скорость в момент времени

t —

5.

 

 

угла ф

 

 

59. Тело

вращается

вокруг оси, причемзакон

изменения

 

в

зависимости от времени

t

задан

равенством

 

Ф = 0,1/2.

 

Найти

угловую скорость вращения тела в момент

t =

5.

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

60. Угол ф, на который

поворачивается колесо через

секунд,

определяется из равенстваФ

=

 

at2 — Ы

+

с,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где а, & и с — постоянные величины. Найти:

1)угловую скорость вращения колеса,

2)момент его остановки.

61. Колесо вращается так, что угол поворота пропорционален квадрату времени. Первый оборот был сделан колесом за 8 секунд. Определить угловую скорость колеса через 32 секунды после начала вращения.


188

 

 

 

 

 

 

 

Ф ОРМ УЛЫ

Д И Ф Ф ЕРЕН Ц И РО В А Н И Я

 

 

 

 

 

 

[ГЛ. VIII

 

Найти производные функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у =

 

 

 

 

 

f62.

у

=

(л- +

 

2)4.

 

63.

5 =

 

(3/ -

2)3.

 

 

64.

(х2 -

1)5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

65.

(.ѵ) =

 

(х2 -

2.ѵ)3. tj66. S =

(t2- t

 

+

l)4. 67.

f (и) =

 

 

 

u2- u

 

+

4)4

 

 

 

 

 

 

 

 

5 (3

 

 

 

68.

S =

VT+1.

 

 

 

 

= V 2x+ 1.

 

 

70.

у = У~2рх.

 

71.

 

r/ = / F T T

2 /

1 +

2x69.- X2.

73.

 

г= У >

-

x2.

 

 

 

 

А

 

|Са3 -

л:3

72.

у =

X)

(3 +

 

у

74. у =

 

 

75.

уо =

/ (2

-

 

 

2х).

76.

=

 

| / >

-

1. 77.

г/ =

 

J^ x 3 -

Зх2 + 1

78.

у =

(Зх -

1)2

+

1)3.

 

79.

S =

 

t2 V At

-

3.

80.

у

=

х V

I

-

л-

 

 

 

 

\)2Ѵ

 

 

 

81.

=

{ х -

1 ) У х 2 +

1. 82.

у =

+

х -

I.

83.

у

 

 

 

 

 

+

T

 

 

 

 

 

у

 

 

 

 

8 6=. ул3 j ^

84.

Ѳ =

,от2_ , \ 2

 

 

 

85.

 

 

 

 

 

5*з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г —

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- Y

 

(2ф2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

(5х -

4)3

 

 

 

 

 

у= Ѵ х-\

87.

у-

 

 

--^=

 

88

 

и = У

 

 

 

 

 

89.

 

--Ѵ 2х

V

 

 

 

і-

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

X

і

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

90.

 

 

 

+

 

 

91.

у

 

 

 

 

 

2х2+ 1

92.

 

(х) =

 

Vа2

 

 

у- ѴТ=~х'

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X2+ 1’

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ х2

93.

/ (х) =

 

Ѵа2

 

X

 

 

94.

у= Vi +VI.

 

 

95. у=

 

х = 1

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

ѴѴх+1

te- У - Ѵ 7 + Т

§78. Производные тригонометрических функций. I. Дана функция

у — sin и, где и = f (х).

Если аргумент х получит приращение Ах, то и и у по­ лучат приращения соответственно Аи и Ау.

Поступим по общему правилу дифференцирования.

1-

й шаг:

у

-|-

Ay =

sin (и + Аи).

 

и)

 

и.

 

2-

Й шаг: А

У = {у +

А

у)

у =

sin

+ А

— sin

(1)

 

 

 

 

 

 

 

Согласно формуле разности синусов двух углов равен­ ство (1 ) преобразуется в следующее:

Ду = 2 cos[ii + -у-) sin - у •

3-й шаг:

A x

A x


§ 78] П Р О И ЗВ О Д Н Ы Е ТРИ ГО Н О М ЕТ РИ Ч ЕС К И Х Ф УН К Ц И Я 189

Умножим

числитель и знаменатель

полученной дроби

 

 

 

 

 

 

д

и

 

 

 

 

 

 

 

в правой части равенствап I

на, Д м

\ , А н

Д

и

 

 

 

 

или

 

 

ААх/ /

 

 

2 co s^ + —

JА sиi n − 2 --------- 2

-

>

 

 

 

 

( . А и \ .

 

Дх "~2~

 

 

 

.

 

 

 

Ди

Дм

 

 

 

 

 

Ди

 

А

 

 

 

 

 

 

 

Дх'

_

cos 1

А и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ди

Л*

i“ + - F j s

 

 

 

( - ■ H r )

sin -ң-

(

Mj

 

 

 

 

т ~ Г

2

 

 

 

 

 

 

2

Ди

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— •АХ

 

 

 

 

х,

 

 

2

 

Так как функция

и

дифференцируема по

 

то

 

 

 

 

 

 

 

Л «->0

при

А х —

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>0.

 

 

 

 

 

 

Приняв это во внимание, переходим к следующему шагу, применяя при этом теорему о пределе произве­ дения переменных (§ 45).

4-й шаг:

 

 

 

 

 

.

и

 

Ух' =

 

 

=

 

 

2

' lim

д

.

ДХlim-»-0

Ах

Дкlim-»-0 cos(«V

— т-^— •

д*lim->-0 А х

 

 

 

 

 

 

Аи-> 0

Ан

 

Но

 

',

А*

.>

 

A u - i o s i.n -

£Ли.

= 1 .

(§ 48),

Д и - > 0

 

 

lim

cosj«

+ - ^ - ) = cos«,

=

lim — f-----

 

 

 

 

 

. .

А и

,

 

 

 

 

 

 

 

Дlim

«';»

 

 

 

 

 

 

 

х > 0

Д х

 

 

 

 

 

поэтому

 

у'х =

cos и 1 и'х.

Итак,

 

(sinn)' = c o s и ■ и'х.

При

и — X

 

формула

(X)

обращается

 

 

(sin

х)' =

cos

X.

 

 

 

 

II. Дана функция

(X) в следующую:

(X*)

у cos и, где u — f (х).