导数的求导法则:由基本函数的和、差、积、商或相互复合构成的函数的导函数则可以通过函数的求导法则来推导。基本的求导法则如下:
1、求导的线性:对函数的线性组合求导,等于先对其中每个部分求导后再取线性组合(即①式)。2、两个函数的乘积的导函数:一导乘二+一乘二导(即②式)。3、两个函数的商的导函数也是一个分式:(子导乘母-子乘母导)除以母平方(即③式)。4、如果有复合函数,则用链式法则求导。
单调性若导数大于零,则单调递增;若导数小于零,则单调递减;导数等于零为函数驻点,不一定为极值点。需代入驻点左右两边的数值求导数正负判断单调性。若已知函数为递增函数,则导数大于等于零;若已知函数为递减函数,则导数小于等于零。根据微积分基本定理,对于可导的函数,有:如果函数的导函数在某一区间内恒大于零(或恒小于零),那么函数在这一区间内单调递增(或单调递减),这种区间也称为函数的单调区间。导函数等于零的点称为函数的驻点,在这类点上函数可能会取得极大值或极小值(即极值可疑点)。进一步判断则需要知道导函数在附近的符号。对于满足的一点,如果存在使得在之前区间上都大于等于零,而在之后区间上都小于等于零,那么是一个极大值点,反之则为极小值点。
x变化时函数(蓝色曲线)的切线变化。函数的导数值就是切线的斜率,绿色代表其值为正,红色代表其值为负,黑色代表值为零。
凹凸性。可导函数的凹凸性与其导数的单调性有关。如果函数的导函数在某个区间上单调递增,那么这个区间上函数是向下凹的,反之则是向上凸的。如果二阶导函数存在,也可以用它的正负性判断,如果在某个区间上恒大于零,则这个区间上函数是向下凹的,反之这个区间上函数是向上凸的。曲线的凹凸分界点称为曲线的拐点。
导数说白了它其实就是曲线一点切线的斜率,函数值的变化率。上面说的分母趋于零,这是当然的了,但不要忘了分子也是可能趋于零的,所以两者的比就有可能是某一个数,如果分子趋于某一个数,而不是零的话,那么比值会很大,可以认为是无穷大,也就是我们所说的导数不存在。
设y=x/x,若这里让x趋于零的话,分母是趋于零了,但它们的比值是1,所以极限为1。
连续不可导的曲线
例如,魏尔斯特拉斯函数(Weierstrass function)就是一类处处连续而处处不可导的实值函数。魏尔斯特拉斯函数是一种无法用笔画出任何一部分的函数,因为每一点的导数都不存在,画的人无法知道每一点该朝哪个方向画。魏尔斯特拉斯函数的每一点的斜率也是不存在的。魏尔斯特拉斯函数得名于十九世纪的德国数学家卡尔·魏尔斯特拉斯(Karl Theodor Wilhelm Weierstrass,1815–1897)。历史上,魏尔斯特拉斯函数是一个著名的数学反例。魏尔斯特拉斯之前,数学家们对函数的连续性认识并不深刻。许多数学家认为除了少数一些特殊的点以外,连续的函数曲线在每一点上总会有斜率。魏尔斯特拉斯函数的出现说明了所谓的“病态”函数的存在性,改变了当时数学家对连续函数的看法。
导数与物理,几何,代数关系密切:在几何中可求切线;在代数中可求瞬时变化率;在物理中可求速度、加速度。
导数亦名纪数、微商(微分中的概念),是由速度变化问题和曲线的切线问题(矢量速度的方向)而抽象出来的数学概念,又称变化率。
如一辆汽车在10小时内走了 600千米,它的平均速度是60千米/小时。但在实际行驶过程中,是有快慢变化的,不都是60千米/小时。为了较好地反映汽车在行驶过程中的快慢变化情况,可以缩短时间间隔,设汽车所在位置s与时间t的关系为:
那么汽车在由时刻t0变到t1这段时间内的平均速度是:
当 t1无限趋近于t0时,汽车行驶的快慢变化就不会很大,平均速度就近似等于t0时刻的瞬时速度,因而就把此时的极限作为汽车在时刻t0的瞬时速度,即,这就是通常所说的速度。这实际上是由平均速度类比到瞬时速度的过程 (如我们驾驶时的限“速” 指瞬时速度)。
导数另一个定义:当x=x0时,f‘(x0)是一个确定的数。这样,当x变化时,f’(x)便是x的一个函数,我们称他为f(x)(关于x)的导函数(derivative function),简称导数。
物理学、几何学、经济学等学科中的一些重要概念都可以用导数来表示。如:导数可以表示运动物体的瞬时速度和加速度(就直线运动而言,位移关于时间的一阶导数是瞬时速度,二阶导数是加速度),可以表示曲线在一点的斜率,还可以表示经济学中的边际和弹性。
以上说的经典导数定义可以认为是反映局部欧氏空间的函数变化。为了研究更一般的流形上的向量丛截面(比如切向量场)的变化,导数的概念被推广为所谓的“联络”。有了联络,人们就可以研究大范围的几何问题,这是微分几何与物理中最重要的基础概念之一。”
谢凉珩越说越激动,她根据记忆中的东西,将导数从定义,计算,等等方面事无巨细的讲解来一边,王思诚自然是依旧倒在床上呼呼大睡起来了,但是这个老者倒是兴致勃勃,一边听一边时不时和谢凉珩讨论一番,两个人兴高采烈的讲解来导数的相关知识。
“说的真的太好了啊。”听完谢凉珩的一番讲解,这位白发苍苍的老者站起来鼓掌,他的眉头舒展了,他看着眼前的这个女子,眼神中全是敬佩。
“啊,怎么了怎么了。”王思诚这个时候才抬起眼睛。