Производная сложной функции как решать: Производные сложных функций, основные формулы и примеры решений

Производная сложной функции — примеры решений

Основные формулы

Здесь мы приводим примеры вычисления производных от следующих функций:
;   ;   ;   ;   .

Если функцию можно представить как сложную функцию в следующем виде:
,
то ее производная определяется по формуле:
.
В приводимых ниже примерах, мы будем записывать эту формулу в следующем виде:
.
где .
Здесь нижние индексы или , расположенные под знаком производной, обозначают переменные, по которой выполняется дифференцирование.

Обычно, в таблицах производных, приводятся производные функций от переменной x. Однако x – это формальный параметр. Переменную x можно заменить любой другой переменной. Поэтому, при дифференцировании функции от переменной , мы просто меняем, в таблице производных, переменную x на переменную u.

Простые примеры

Пример 1

Найти производную сложной функции
.

Решение

Запишем заданную функцию в эквивалентном виде:
.
В таблице производных находим:
;
.

По формуле производной сложной функции имеем:
.
Здесь .

Ответ

.

Пример 2

Найти производную
.

Решение

Выносим постоянную 5 за знак производной и из таблицы производных находим:
.

Применяем формулу производной сложной функции:
.
Здесь .

Ответ

.

Пример 3

Найдите производную
.

Решение

Выносим постоянную –1 за знак производной и из таблицы производных находим:
;
Из таблицы производных находим:
.

Применяем формулу производной сложной функции:
.
Здесь .

Ответ

.

Более сложные примеры

В более сложных примерах мы применяем правило дифференцирования сложной функции несколько раз. При этом мы вычисляем производную с конца. То есть разбиваем функцию на составные части и находим производные самых простых частей, используя таблицу производных. Также мы применяем правила дифференцирования суммы, произведения и дроби. Затем делаем подстановки и применяем формулу производной сложной функции.

Пример 4

Найдите производную
.

Решение

Выделим самую простую часть формулы и найдем ее производную. .

Применяем правило дифференцирования сложной функции.

.
Здесь мы использовали обозначение
.

Находим производную следующей части исходной функции, применяя полученные результаты. Применяем правило дифференцирования суммы:
.

Еще раз применяем правило дифференцирования сложной функции.

.
Здесь .

Ответ

.

Пример 5

Найдите производную функции
.

Решение

Выделим самую простую часть формулы и из таблицы производных найдем ее производную. .

Применяем правило дифференцирования сложной функции.
.
Здесь
.

Дифференцируем следующую часть, применяя полученные результаты.
.
Здесь
.

Дифференцируем следующую часть.

.
Здесь
.

Теперь находим производную искомой функции.

.
Здесь
.

Ответ

.

Автор: Олег Одинцов.     Опубликовано: 19-11-2016

как найти, вычислить и понять с нуля

Решать физические задачи или примеры по математике совершенно невозможно без знаний о производной и методах ее вычисления. Производная — одно из важнейших понятий математического анализа. Этой фундаментальной теме мы и решили посвятить сегодняшнюю статью. Что такое производная, каков ее физический и геометрический смысл, как посчитать производную функции? Все эти вопросы можно объединить в один: как понять производную?

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Геометрический и физический смысл производной

Пусть есть функция f(x), заданная в некотором интервале (a, b). Точки х и х0 принадлежат этому интервалу. При изменении х меняется и сама функция. Изменение аргумента – разность его значений х-х0. Эта разность записывается как дельта икс и называется приращением аргумента. Изменением или приращением функции называется разность значений функции в двух точках. Определение производной:

Производная функции в точке – предел отношения приращения функции в данной точке к приращению аргумента, когда последнее стремится к нулю.

Иначе это можно записать так:

Какой смысл в нахождении такого предела? А вот какой:

Геометрический смысл производной: производная от функции в точке равна тангенсу угла между осью OX и касательной к графику функции в данной точке.

Физический смысл производной: производная пути по времени равна скорости прямолинейного движения.

Действительно, еще со школьных времен всем известно, что скорость – это частное пути x=f(t) и времени t. Средняя скорость за некоторый промежуток времени:

Чтобы узнать скорость движения в момент времени

Кстати, о том, что такое пределы и как их решать, читайте в нашей отдельной статье.

Приведем пример, иллюстрирующий практическое применение производной. Пусть тело движется то закону:

Нам нужно найти скорость в момент времени t=2c. Вычислим производную:

Правила нахождения производных

Сам процесс нахождения производной называется дифференцированием. Функция, которая имеет производную в данной точке, называется дифференцируемой.

Как найти производную? Согласно определению, нужно составить отношение приращения функции и аргумента, а затем вычислить предел при стремящемся к нулю приращении аргумента. Конечно, можно вычислять все производные так, но на практике это слишком долгий путь. Все уже давно посчитано до нас. Ниже приведем таблицу с производными элементарных функций, а затем рассмотрим правила вычисления производных, в том числе и производных сложных функций с подробными примерами.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Правило первое: выносим константу

Константу можно вынести за знак производной. Более того — это нужно делать. При решении примеров по математике возьмите за правило — если можете упростить выражение, обязательно упрощайте.

Пример. Вычислим производную:

Правило второе: производная суммы функций

Производная суммы двух функций равна сумме производных этих функций. То же самое справедливо и для производной разности функций.

Не будем приводить доказательство этой теоремы, а лучше рассмотрим практический пример.

Найти производную функции:

Решение:

Правило третье: производная произведения функций

Производная произведения двух дифференцируемых функций вычисляется по формуле:

Пример: найти производную функции:

Решение:

Здесь важно сказать о вычислении производных сложных функций. Производная сложной функции равна произведению производной этой функции по промежуточному аргументу на производную промежуточного аргумента по независимой переменной.

В вышеуказанном примере мы встречаем выражение:

В данном случае промежуточный аргумент – 8х в пятой степени. Для того, чтобы вычислить производную такого выражения сначала считаем производную внешней функции по промежуточному аргументу, а потом умножаем на производную непосредственно самого промежуточного аргумента по независимой переменной.

Правило четвертое: производная частного двух функций

Формула для определения производной от частного двух функций:

Пример:

Решение:

Мы постарались рассказать о производных для чайников с нуля. Эта тема не так проста, как кажется, поэтому предупреждаем: в примерах часто встречаются ловушки, так что будьте внимательны при вычислении производных.

С любым вопросом по этой и другим темам вы можете обратиться в студенческий сервис. За короткий срок мы поможем решить самую сложную контрольную и разобраться с заданиями, даже если вы никогда раньше не занимались вычислением производных.

Подготовка школьников к ЕГЭ (Справочник по математике — Элементы математического анализа

      Пример 1. Найти производную функции

y = cos 2x

      Решение. Воcпользовавшись формулой для производной сложной функции   y = cos (kx + b)   в случае, когда   k = 2,   b = 0,   получим

(cos 2x)’ = – 2sin 2x .

      Замечание. Очень часто школьники, а также и студенты, при решении примера 1 пишут:

(cos 2x)’ = – sin 2x .

      Это ошибка !!!

      Перепишем верный ответ еще раз:

(cos 2x)’ = – 2sin 2x .

      Приведем также верные ответы в похожих примерах:

      Пример 2. Найти производную функции

y = sin³x

      Решение. Воcпользовавшись формулой для производной сложной функции   y = ( f (x)) ^c   в случае, когда   f (x) = sin x ,   а   c = 3,   получим

Ответ:

      Пример 3. Найти производную функции

y = (3x – 7)⁵ .

      Решение. Воcпользовавшись формулой для производной сложной функции   y = (kx + b)^c   в случае, когда   k = 3,   b = – 7,   а   c = 5,   получим

y’ = 15(3x – 7)⁴ .

Ответ:

      Пример 4 . Найти производную функции

      Решение. Поскольку

,

то исходную функцию можно переписать в виде

      Воcпользовавшись формулой для производной сложной функции   y = ( f (x)) ^c   в случае, когда

,

а   c = 8,   получим

Ответ:

      Пример 5 . Найти производную функции

      Решение. Воcпользовавшись правилом 5 для вычисления производной частного двух функций и формулой для производной сложной функции   y = arccos (kx + b)   в случае, когда   k = 3,   b = 0,   получим

Ответ:

      Пример 6. Найти производную функции

      Решение. Воcпользовавшись правилом 4 для вычисления производной произведения двух функций, формулой для производной сложной функции   y = arctg (kx + b)   в случае, когда   k = 5,   b = 0, и формулой для производной сложной функции   y = a^kx + b   в случае, когда   a = 3,   k = 2,   b = 0,   получим

Ответ:

      Пример 7 . Найти производную функции

      Решение. Поскольку

то, воcпользовавшись формулой для производной сложной функции   y = e ^f (x)   в случае, когда   , и формулой для производной сложной функции   y = (kx + b)^c   в случае, когда   с = – 1,   k = 7,   b = – 1,  получим

Ответ:

      На нашем сайте можно также ознакомиться нашими учебными материалами для подготовки к ЕГЭ по математике.

Производная сложной функции.

Инструкционная карта № 19

Тақырыбы/ Тема: «Производная сложной функции».

Мақсаты/ Цель:

1.Обеспечить усвоение учащимися умения применять формулы дифференцирования сложной функции и вычисления этой производной при решении упражнений и заданий.

2. При решении упражнений, развивать у учащихся умения выделять главное, существенное в изучаемом материале, обучить умению рационально находить правильное решение изучаемого вопроса.

3. Создать условие для развития коммутативно-творческих умений: не шаблонно подходить решению разнообразных задач.

Теоретический материал:

На практике с производной сложной функции приходится сталкиваться очень часто, почти всегда, когда Вам даны задания на нахождение производных.

Смотрим на правило дифференцирования сложной функции: 

Разбираемся. Прежде всего, обратим внимание на запись . Здесь у нас две функции –  и , причем функция , образно говоря, вложена в функцию . Функция такого вида (когда одна функция вложена в другую) и называется сложной функцией.

Функцию   будем называть внешней функцией, а функцию  – внутренней (или вложенной) функцией.

! Данные определения не являются теоретическими и не должны фигурировать в чистовом оформлении заданий. Эти неформальные выражения «внешняя функция», «внутренняя» функция только для того, чтобы Вам легче было понять материал.

Для того, чтобы прояснить ситуацию, рассмотрим:

Пример 1. Найти производную функции: 

Под синусом у нас находится не просто буква «икс», а целое выражение , поэтому найти производную сразу по таблице не получится. Также мы замечаем, что здесь невозможно применить первые четыре правила, вроде бы есть разность, но дело в том, что «разрывать на части» синус нельзя: 

В данном примере уже из моих объяснений интуитивно понятно, что функция  – это сложная функция, причем многочлен  является внутренней функцией (вложением), а  – внешней функцией.

Первый шаг, который нужно выполнить при нахождении производной сложной функции состоит в том, чтобы разобраться, какая функция является внутренней, а какая – внешней.

В случае простых примеров вроде  понятно, что под синус вложен многочлен . А как же быть, если всё не очевидно? Как точно определить, какая функция является внешней, а какая внутренней? Для этого будем использовать следующий прием, который можно проводить мысленно или на черновике.

Представим, что нам нужно вычислить на калькуляторе значение выражения  при  (вместо единицы может быть любое число).

Что мы вычислим в первую очередь? В первую очередь нужно будет выполнить следующее действие: , поэтому многочлен  и будет внутренней функцией :

Начинаем решать. Из предыдущего урока  мы помним, что оформление решения любой производной всегда начинается так – заключаем выражение в скобки и ставим справа вверху штрих:

Сначала находим производную внешней функции  (синуса), смотрим на таблицу производных элементарных функций и замечаем, что . Все табличные формулы применимы и в том, случае, если «икс» заменить сложным выражением, в данном случае:

Обратите внимание, что внутренняя функция  не изменилась, её мы не трогаем.

Ну и совершенно очевидно, что 

Результат применения формулы  в чистовом оформлении выглядит так:

Далее мы берем производную внутренней функции, она очень простая:

Постоянный множитель обычно выносят в начало выражения:
Готово.

Если осталось какое-либо недопонимание, перепишите решение на бумагу и еще раз прочитайте объяснения.

Пример 2. Найти производную функции:  у’=(cos2x)’=-sin2x(2x)’=-2sin2x.

Пример 3. Найти производную функции:  Как всегда записываем:

Разбираемся, где у нас внешняя функция, а где внутренняя. Для этого пробуем (мысленно или на черновике) вычислить значение выражения  при . Что нужно выполнить в первую очередь? В первую очередь нужно сосчитать чему равно основание: , значит, многочлен  – и есть внутренняя функция:

И, только потом выполняется возведение в степень , следовательно, степенная функция – это внешняя функция:

Согласно формуле , сначала нужно найти производную от внешней функции, в данном случае, от степени. Разыскиваем в таблице нужную формулу: . Повторяем еще раз: любая табличная формула справедлива не только для «икс», но и для сложного выражения

Снова подчеркиваю, что когда мы берем производную от внешней функции , внутренняя функция  у нас не меняется:

Теперь осталось найти совсем простую производную от внутренней функции и немного «причесать» результат:

Готово.

Пример 4. Найти производную функции:  у’= -(х²-1)’= — = — .

Для закрепления понимания производной сложной функции приведу пример без комментариев, попробуйте самостоятельно разобраться, порассуждать, где внешняя и где внутренняя функция, почему задания решены именно так?

Пример 5 а) Найти производную функции: 

б) Найти производную функции: 

Пример 6. Найти производную функции: 

Здесь у нас корень, а для того, чтобы продифференцировать корень, его нужно представить в виде степени . Таким образом, сначала приводим функцию в надлежащий для дифференцирования вид:

Анализируя функцию, приходим к выводу, что сумма трех слагаемых – это внутренняя функция, а возведение в степень – внешняя функция. Применяем правило дифференцирования сложной функции :

Степень снова представляем в виде радикала (корня), а для производной внутренней функции применяем простое правило дифференцирования суммы:

Готово.

Можно еще в скобках привести выражение к общему знаменателю и записать всё одной дробью. Красиво, конечно, но когда получаются громоздкие длинные производные – лучше этого не делать (легко запутаться, допустить ненужную ошибку, да и преподавателю будет неудобно проверять).

Пример 7. Найти производную функции:

y’=(1+ = — .

Интересно отметить, что иногда вместо правила дифференцирования сложной функции можно использовать правило дифференцирования частного , но такое решение будет выглядеть как извращение необычно. Вот характерный пример:

Пример 8. Найти производную функции:

Здесь можно использовать правило дифференцирования частного , но гораздо выгоднее найти производную через правило дифференцирования сложной функции:

Подготавливаем функцию для дифференцирования – выносим минус за знак производной, а косинус поднимаем в числитель:

Косинус – внутренняя функция, возведение в степень – внешняя функция. 
Используем наше правило :

Находим производную внутренней функции, косинус сбрасываем обратно вниз:

Готово.

Пример 9. Найти производную функции: 

y’= — (arcos x)’ = — =.

До сих пор мы рассматривали случаи, когда у нас в сложной функции было только одно вложение. В практических же заданиях часто можно встретить производные, где, как матрешки, одна в другую,  вложены сразу 3, а то и 4-5 функций.

Пример 10. Найти производную функции: 

Разбираемся во вложениях этой функции. Пробуем вычислить выражение  с помощью подопытного значения . Как бы мы считали на калькуляторе?

Сначала нужно найти , значит, арксинус – самое глубокое вложение:

Затем этот арксинус единицы следует возвести в квадрат :

И, наконец, семерку возводим в степень :

То есть, в данном примере у нас три разные функции и два вложения, при этом, самой внутренней функцией является арксинус, а самой внешней функцией – показательная функция.

Начинаем решать

Согласно правилу  сначала нужно взять производную от внешней функции. Смотрим в таблицу производных и находим производную показательной функции:  Единственное отличие – вместо «икс» у нас сложное выражение  , что не отменяет справедливость данной формулы. Итак, результат применения правила дифференцирования сложной функции   следующий:

Под штрихом у нас снова сложная функция! Но она уже проще. Легко убедиться, что внутренняя функция – арксинус, внешняя функция – степень. Согласно правилу дифференцирования сложной функции сначала нужно взять производную от степени:

Теперь все просто, находим по таблице производную арксинуса и немного «причесываем» выражение:

Готово.

Пример 11. Найти производную функции: 

y’=2ln(2x-1)(ln(2x-1)’=2ln(2x-1)(2x-1)’ =2ln(2x-1)2=

На практике правило дифференцирования сложной функции почти всегда применяется в комбинации с остальными правилами дифференцирования.

Пример 12. Найти производную функции: 

Сначала используем правило дифференцирования суммы , заодно в первом слагаемом выносим постоянный множитель за знак производной по правилу :

В обоих слагаемых под штрихами у нас находится произведение функций, следовательно, нужно дважды применить правило :

Замечаем, что под некоторыми штрихами у нас находятся сложные функции , . Каламбур, но это простейшие из сложных функций, и при определенном опыте решения производных Вы будете легко находить их устно.
А пока запишем подробно, согласно правилу , получаем:

Готово.

! Обратите внимание на приоритет (порядок) применения правил: правило дифференцирования сложной функции применяется в последнюю очередь.

Пример 13 Найти производную функции: 

y’=( =

= + ctgx.

Практическая часть:

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение сложной функции.

2. Как находится производная сложной функции? Пояснить ответ на примере.

Производная сложной функции. Примеры решений

На данном уроке мы научимся находить производную сложной функции. Урок является логическим продолжением занятия Как найти производную?, на котором мы разобрали простейшие производные, а также познакомились с правилами дифференцирования и некоторыми техническими приемами нахождения производных. Таким образом, если с производными функций у Вас не очень или какие-нибудь моменты данной статьи будут не совсем понятны, то сначала ознакомьтесь с вышеуказанным уроком. Пожалуйста, настройтесь на серьезный лад – материал не из простых, но я все-таки постараюсь  изложить его просто и доступно.

На практике с производной сложной функции приходится сталкиваться очень часто, я бы даже сказал, почти всегда, когда Вам даны задания на нахождение производных.

Смотрим в таблицу на правило (№5) дифференцирования сложной функции:

Разбираемся. Прежде всего, обратим внимание на запись  . Здесь у нас две функции –   и  , причем функция  , образно говоря, вложена в функцию  . Функция такого вида (когда одна функция вложена в другую) и называется сложной функцией.

Функцию   я буду называть внешней функцией, а функцию   – внутренней (или вложенной) функцией.

! Данные определения не являются теоретическими и не должны фигурировать в чистовом оформлении заданий. Я применяю неформальные выражения «внешняя функция», «внутренняя» функция только для того, чтобы Вам легче было понять материал.

Для того, чтобы прояснить ситуацию, рассмотрим:

Пример 1

Найти производную функции 

Под синусом у нас находится не просто буква «икс», а целое выражение  , поэтому найти производную сразу по таблице не получится. Также мы замечаем, что здесь невозможно применить первые четыре правила, вроде бы есть разность, но дело в том, что «разрывать на части» синус нельзя: 

В данном примере уже из моих объяснений интуитивно понятно, что функция   – это сложная функция, причем многочлен   является внутренней функцией (вложением), а   – внешней функцией.

Первый шаг, который нужно выполнить при нахождении производной сложной функции состоит в том, чтобы разобраться, какая функция является внутренней, а какая – внешней.

В случае простых примеров вроде   понятно, что под синус вложен многочлен  . А как же быть, если всё не очевидно? Как точно определить, какая функция является внешней, а какая внутренней? Для этого я предлагаю использовать следующий прием, который можно проводить мысленно или на черновике.

Представим, что нам нужно вычислить на калькуляторе значение выражения   при   (вместо единицы может быть любое число).

Что мы вычислим в первую очередь? В первую очередь нужно будет выполнить следующее действие:  , поэтому многочлен   и будет внутренней функцией  :   Во вторую очередь нужно будет найти  , поэтому синус – будет внешней функцией: После того, как  мы РАЗОБРАЛИСЬ с внутренней и внешней функциями самое время применить правило дифференцирования сложной функции  .

Начинаем решать. С урока Как найти производную? мы помним, что оформление решения любой производной всегда начинается так – заключаем выражение в скобки и ставим справа вверху штрих:

Сначала находим производную внешней функции   (синуса), смотрим на таблицу производных элементарных функций и замечаем, что  . Все табличные формулы применимы и в том, случае, если «икс» заменить сложным выражением, в данном случае:

Обратите внимание, что внутренняя функция   не изменилась, её мы не трогаем.

Ну и совершенно очевидно, что 

Результат применения формулы   в чистовом оформлении выглядит так:

Далее мы берем производную внутренней функции, она очень простая:

Постоянный множитель обычно выносят в начало выражения:

Готово

Если осталось какое-либо недопонимание, перепишите решение на бумагу и еще раз прочитайте объяснения.

Пример 2

Найти производную функции 

Это пример для самостоятельного решения (ответ в конце урока).

Пример 3

Найти производную функции 

Как всегда записываем:

Разбираемся, где у нас внешняя функция, а где внутренняя. Для этого пробуем (мысленно или на черновике) вычислить значение выражения   при  . Что нужно выполнить в первую очередь? В первую очередь нужно сосчитать чему равно основание:  , значит, многочлен   – и есть внутренняя функция: И, только потом выполняется возведение в степень  , следовательно, степенная функция – это внешняя функция: Согласно формуле  , сначала нужно найти производную от внешней функции, в данном случае, от степени. Разыскиваем в таблице нужную формулу:  . Повторяем еще раз: любая табличная формула справедлива не только для «икс», но и для сложного выражения. Таким образом, результат применения правила дифференцирования сложной функции    следующий:

Снова подчеркиваю, что когда мы берем производную от внешней функции  , внутренняя функция   у нас не меняется: Теперь осталось найти совсем простую производную от внутренней функции и немного «причесать» результат:

Готово.

Пример 4

Найти производную функции 

Это пример для самостоятельного решения (ответ в конце урока).

Для закрепления понимания производной сложной функции приведу пример без комментариев, попробуйте самостоятельно разобраться, порассуждать, где внешняя и где внутренняя функция, почему задания решены именно так?

Пример 5

а) Найти производную функции 

б) Найти производную функции 

Пример 6

Найти производную функции 

Здесь у нас корень, а для того, чтобы продифференцировать корень, его нужно представить в виде степени  . Таким образом, сначала приводим функцию в надлежащий для дифференцирования вид:

Анализируя функцию, приходим к выводу, что сумма трех слагаемых – это внутренняя функция, а возведение в степень – внешняя функция. Применяем правило дифференцирования сложной функции  :

Степень снова представляем в виде радикала (корня), а для производной внутренней функции применяем простое правило дифференцирования суммы:

Готово. Можно еще в скобках привести выражение к общему знаменателю и записать всё одной дробью. Красиво, конечно, но когда получаются громоздкие длинные производные – лучше этого не делать (легко запутаться, допустить ненужную ошибку, да и преподавателю будет неудобно проверять).

Пример 7

Найти производную функции 

Это пример для самостоятельного решения (ответ в конце урока).

Интересно отметить, что иногда вместо правила дифференцирования сложной функции можно использовать правило дифференцирования частного  , но такое решение будет выглядеть как извращение забавно. Вот характерный пример:

Пример 8

Найти производную функции 

Здесь можно использовать правило дифференцирования частного  , но гораздо выгоднее найти производную через правило дифференцирования сложной функции:

Подготавливаем функцию для дифференцирования – выносим минус за знак производной, а косинус поднимаем в числитель:

Косинус – внутренняя функция, возведение в степень – внешняя функция.  Используем наше правило  :

Находим производную внутренней функции, косинус сбрасываем обратно вниз:

Готово. В рассмотренном примере важно не запутаться в знаках. Кстати, попробуйте решить его с помощью правила  , ответы должны совпасть.

Пример 9

Найти производную функции 

Это пример для самостоятельного решения (ответ в конце урока).

До сих пор мы рассматривали случаи, когда у нас в сложной функции было только одно вложение. В практических же заданиях часто можно встретить производные, где, как матрешки, одна в другую,  вложены сразу 3, а то и 4-5 функций.

Пример 10

Найти производную функции 

Разбираемся во вложениях этой функции. Пробуем вычислить выражение   с помощью подопытного значения  . Как бы мы считали на калькуляторе?

Сначала нужно найти  , значит, арксинус – самое глубокое вложение:

Затем этот арксинус единицы следует возвести в квадрат  :

И, наконец, семерку возводим в степень  : То есть, в данном примере у нас три разные функции и два вложения, при этом, самой внутренней функцией является арксинус, а самой внешней функцией – показательная функция.

Начинаем решать

Согласно правилу   сначала нужно взять производную от внешней функции. Смотрим в таблицу производных и находим производную показательной функции:  Единственное отличие – вместо «икс» у нас сложное выражение   , что не отменяет справедливость данной формулы. Итак, результат применения правила дифференцирования сложной функции    следующий:

Под штрихом у нас снова сложная функция! Но она уже проще. Легко убедиться, что внутренняя функция – арксинус, внешняя функция – степень. Согласно правилу дифференцирования сложной функции сначала нужно взять производную от степени:

Теперь все просто, находим по таблице производную арксинуса и немного «причесываем» выражение:

Готово.

Пример 11

Найти производную функции 

Это пример для самостоятельного решения (ответ в конце урока).

На практике правило дифференцирования сложной функции почти всегда применяется в комбинации с остальными правилами дифференцирования.

Пример 12

Найти производную функции 

Сначала используем правило дифференцирования суммы  , заодно в первом слагаемом выносим постоянный множитель за знак производной по правилу  :

В обоих слагаемых под штрихами у нас находится произведение функций, следовательно, нужно дважды применить правило  :

Замечаем, что под некоторыми штрихами у нас находятся сложные функции  ,  . Каламбур, но это простейшие из сложных функций, и при определенном опыте решения производных Вы будете легко находить их устно. А пока запишем подробно, согласно правилу  , получаем:

Готово.

! Обратите внимание на приоритет (порядок) применения правил: правило дифференцирования сложной функции применяется в последнюю очередь.

Пример 13

Найти производную функции 

Это пример для самостоятельного решения (ответ в конце урока).

Пожалуй, хватит на сегодня. Хочется еще привести пример с дробью и сложной функцией, но такой пример принципиально ничем не отличается от двух последних заданий, единственное отличие – вместо правила   применяем правило  .

Для закрепления темы рекомендую статью Сложные производные. Логарифмическая производная. Помимо рассмотрения дополнительных примеров, есть и новый материал! После изучения третьего урока вы будете очень уверенно себя чувствовать в ходе дальнейшего изучения математического анализа. Если задания покажутся слишком трудными (у всех разный уровень подготовки), то сначала посетите страницу Простейшие типовые задачи с производной, там рассмотрено ещё порядка 15-ти производных.

Желаю успехов!

Ответы:

Пример 2: 

Пример 4:  Указание: перед дифференцированием необходимо перенести степень наверх, сменив у показателя знак .

Пример 7: 

Пример 9: 

Пример 11: 

Пример 13: 

Производная сложной функции — алгебра, уроки

Урок № 19 Дата:

ТЕМА: Производная сложной функции

Цели урока:

образовательная:

• формирование понятия сложной функции;

• формирование умения находить по правилу производную сложной функции;

• отработка алгоритма применения правила нахождения производной сложной функции при решении задач.

развивающая:

• развивать умение обобщать, систематизировать на основе сравнения, делать вывод;

• развивать наглядно-действенное творческое воображение;

• развивать познавательный интерес.

• способствовать формированию умения рационально, аккуратно оформить задание на доске и в тетради.

воспитательная:

• воспитывать ответственное отношение к учебному труду, воли и настойчивости для достижения конечных результатов при нахождении производных сложных функций;

Обучающийся должен знать:

• правила и формулы дифференцирования;

• понятие сложной функции;

• правило нахождения производной сложной функции.

Обучающийся должен уметь:

• вычислять производные сложных функций, используя таблицу производных и правила дифференцирования;

• применять полученные знания к решению задач.

Тип урока: урок рефлексия.

Обеспечение урока:

• презентация; таблица производных; таблица Правила дифференцирования;

• карточки – задания для индивидуальной работы; карточки – задания для проверочной работы.

Оборудование:

ХОД УРОКА:

1. Организационный момент (1 мин).

Вступление

Готовность класса к работе.

Общий настрой.

2. Мотивационный этап (2-3 мин).

(Покажем сами себе, что мы готовы с уверенностью постигать знания, которые нам могут пригодиться!)

— Ответьте мне, какое домашнее задание вы выполнили на этот урок? (на прошлом уроке было задано изучить материал по теме «Производная сложной функции» и как результат составить конспект).

— Какими источниками вы пользовались при изучении данной темы? (видеофильм, учебник, дополнительная литература).

— Какой дополнительной литературой вы воспользовались? (литература из библиотеки).

Таким образом темой урока является …? («Производная сложной функции»)

Открываем тетради и записываем: число, классная работа, и тему урока. (Слайд 1)

Исходя из темы, давайте обозначим цели и задачи урока (формирование понятия сложной функции; формирование умения находить по правилу производную сложной функции; отработать алгоритм применения правила нахождения производной сложной функции при решении задач).

3. Актуализация знаний и осуществление первичного действия (7-8 мин)

Переходим непосредственно к достижению целей урока.

Сформулируем понятие сложной функции (функция вида y = f (g (x)) называется сложной функцией, составленной из функ­ций f и g, где f – внешняя функция и g — внутренняя) (Слайд 2)

Рассмотрим Задание 1: Найти производную функции у = (х² +sin x)³ (запись на доске)

Данная функция является элементарной или сложной? (сложной)

Почему? (т.к. аргументом служит не независимая переменная х, а функция х²+sinx этой переменной).

Как прочитать эту функцию? (функция суммы тригонометрической и степенной функций в кубе).

Для нахождения производной данной функции необходимо знание основных формул производной элементарных функций и знание правил дифференцирования. Вспомним их, проведя диктант: (Слайд 3)

1) С^’=0; 2) (xⁿ)^’ = nx^n-1; ; 4) a^x = a^x ln a; 5)

6) 7)

8)

Результат диктанта проверяется (Слайд 4)

Выберем из таблицы производных и правил дифференцирования те, которые нужны для решения данного задания и запишем их в виде схемы на доске.

4. Выявление индивидуальных затруднений в реализации нового знания и умения (4 мин)

Решим пример 1 и найдем производную функции y^’ = ((х² +sin x)³)^’

Какие же формулы нужны для решения задания? ((xⁿ)^’ = nx^n-1;

)

Работа у доски:

(х² +sin x)³ = U;

y^’ = (U³)^’ = 3 U² U`=3(х² +sin x)²(2х^{+cos x)}

Можно заметить, что без знания формул и правил невозможно взять производную сложной функции, но для правильного расчета нужно видеть в дифференцировании основную функцию.

5. Построение плана по разрешению возникших затруднений и его реализация (8 — 9 мин)

Выявив затруднения, давайте построим алгоритм нахождения производной сложной функции: (Слайд 5)

Алгоритм:

1. Определить внешнюю и внутреннюю функции;

2. Производную находим по ходу чтения функции.

А теперь разберем это на примере

Задание 2: Найти производную функции:

1. Определяем внешнюю и внутреннюю функции:

При упрощении получаем: (5-4х) = U,

т.е. ;

2. Находим производную по ходу чтения функции:

у^’ = ^’=

Задание 3: Найти производную функции:

1. Определяем внешнюю и внутреннюю функции:

у = 4^U – показательная функция

2. Находим производную по ходу чтения функции:

у^’= ^’=

6. Обобщение выявленных затруднений (4 мин)

Н.И. Лобачевский “… нет ни одной области в математике, которая когда-либо не окажется применимой к явлениям действительного мира…”

Поэтому обобщая наши знания, решение следующего задания посвятим связи с физическими явлениями (у доски по желанию)

Задание 4:

При электромагнитных колебаниях, возникающих в колебательном контуре, заряд на обкладках конденсатора изменяется по закону q = q₀ cos ωt, где q₀-амплитуда колебаний заряда на конденсаторе. Найти мгновенное значение силы переменного тока I.

Решение:

^‘ = — . Если добавить начальную фазу, то по формулам приведения получим — .

7. Осуществление самостоятельной работы (6 мин)

Ученики выполняют тестирование по индивидуальным карточкам в тетради. Одного ответа не достаточно, должно быть и решение. (Слайд 6)

Карточки «Самостоятельная работа к уроку № 19»

Критерии оценки: “3 ответа” — 3 балла; “2 ответа” — 2 балла; “1 ответ” — 1 балл

Ключи ответов (Слайд 7)

После проверки (Слайд 8)

8. Реализация плана по разрешению возникших затруднений (6 — 7 мин)

Ответы на вопросы учеников по затруднениям, возникшим в ходе самостоятельной работы, обсуждение типичных ошибок.

Примеры — задания для ответа на возникшие вопросы***:

1) ;

2) ;

3) ;

4) ;

9. Домашнее задание (2 мин) (Слайд 9)

Решить индивидуальное задание по карточкам-заданиям.

Выставление оценок по итогам работы.

10. Рефлексия (2 мин)

«Хочу спросить»

Учащийся задает вопрос, начиная со слов «Хочу спросить…». На полученный ответ сообщает свое эмоциональное отношение: «Я удовлетворен….» или «Я не удовлетворен, потому что …».

По ответам учеников подвести итоги, выяснив при этом, достигнуты ли были цели урока.

Урок 11. правила дифференцирования — Алгебра и начала математического анализа — 11 класс

Алгебра и начала математического анализа, 11 класс

Урок №11. Правила дифференцирования.

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

• разбор основных правил дифференцирования функций;
• примеры вычисления производной линейной функции;
• правила вычисления производных произведения и частного.

Глоссарий по теме

Производная суммы равна сумме производных.

Производная суммы нескольких функции равна сумме производных этих функции.

Производная разности равна разности производных.

Производная произведения равна произведению первого множителя на второй плюс первый множитель, умноженный на производную второго.

Производная частного равна производной числителя умноженного на знаменатель минус числитель умноженный на производную знаменателя и все это деленное на квадрат знаменателя.

Основная литература:

Колягин Ю.М., Ткачева М.В., Федорова Н.Е. и др., под ред. Жижченко А.Б. Алгебра и начала математического анализа (базовый и профильный уровни) 11 кл. – М.: Просвещение, 2014.

Дополнительная литература:

Шабунин М.И., Ткачева М.В., Федорова Н.Е. Дидактические материалы Алгебра и начала математического анализа (базовый и профильный уровни) 11 кл. – М.: Просвещение, 2017.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

При вычислении производной используются следующие правила дифференцирования. Правило дифференцирования суммы двух функций.

Производная суммы равна сумме производных: (f(x) + g(x))’ = f ‘(x) + g'(x).

Подробно это свойство производной формулируется так: Если каждая из функции f(x) и g(x) имеет производную, то их сумма также имеет производную и справедлива формула.

Производная суммы нескольких функции равна сумме производных этих функции:

(f(x) +…+ g(x))’ = f ‘(x) +…+ g'(x).

Производная разности равна разности производных: (f(x) — g(x))’ = f ‘(x) — g'(x).

А теперь рассмотрим пример применения данного правила дифференцирования.

Рассмотрим второе правило дифференцирования:

Постоянный множитель можно вынести за знак производной:

(cf(x))’=cf ‘ (x)

Переходим к третьему правилу дифференцирования. Производная произведения равна произведению первого множителя на второй плюс первый множитель, умноженный на производную второго. (f(x)·g(x)) ‘=f’ (x)·g(x)+f(x)·g’ (x)

Четвертое правило дифференцирования: производная частного равна производной числителя умноженного на знаменатель минус числитель умноженный на производную знаменателя и все это деленное на квадрат знаменателя.

Сложная функция

Производная сложной функции находится по формуле:

(f(g(x))) ‘=f ‘(g(x))·g’ (x)

Примеры и разборы решения заданий тренировочного модуля

Пример 1.

Найдем производную функции:

Решение:

производная суммы равна сумме производных. Найдем производную каждого слагаемого

Ответ:

Пример 2.

Найти производную функции f(x)=8x³+3x²-x.

Решение:

f(x)=8x³+3x²-x

f’(x)=(8x³)’+(3x²)’-x’

Рассмотрим каждый член многочлена по отдельности

(8x³) ‘=8(x³) ‘=8·3x²=24x²

(3x²) ‘=3(x²) ‘=3·x=6x

(-x) ‘=-(x) = -1

f’ (x)=(8x³) ‘+(3x²) ‘-x’=24x²+6x-1.

Ответ: f’ (x)=24x²+6x-1.

Пример 3.

Найти производную функции f(x)=(3x-4)(4-5x).

Решение:

Воспользуемся формулой производной произведения:

f’ (x)=(3х-4) ‘ (4-5х) + (3х-4)(4-5х) ‘=3(4-5х)-5(3х-4)=12-15х-15х+20= 32

Ответ: f’ (x)=32

Пример 4.

Найти производную функции

Решение:

Воспользуемся формулой производной частного:

Ответ:

Пример 5.

Найти производную функции F(x)=(2x-1)²

Решение:

По правилу нахождения производной от сложной функции, получаем:

F’ (x)=((2x-1)²) ‘·(2x-1)=2(2x-1)·2=4(2x-1)=8x-4.

Ответ: F’ (x)=8x-4.

Напомним, что комплексные производные по $ z = x + \ i y $ и $ \ z = x — \ i y $ определяются как: $$ \ frac {\ partial} {\ partial z} = \ frac {1} {2} \ left ( \ frac {\ partial} {\ partial x} — \ i \ frac {\ partial} {\ partial y} \верно), \ quad \ frac {\ partial} {\ partial \ z} = \ frac {1} {2} \ left ( \ frac {\ partial} {\ partial x} + \ i \ frac {\ partial} {\ partial y} \верно).

Действительно,
$$ \ begin {case} г = х + \ я у, \\ \ z = х — \ я у \ end {case} \ подразумевает \ begin {case} х = \ гидроразрыва {1} {2} \ l z + \ z \ r, \\ у = \ гидроразрыва {1} {2i} \ l z — \ z \ r \ end {case} \ подразумевает \ begin {case} \ frac {\ partial {x}} {\ partial {z}} = \ frac {1} {2}, & \ frac {\ partial {x}} {\ partial {\ z}} = \ frac {1} {2}, \\ \ frac {\ partial {y}} {\ partial {z}} = \ frac {1} {2i}, & \ frac {\ partial {y}} {\ partial {\ z}} = — \ frac {1} {2i}. \\ \ end {case} $$ Следовательно $$ \ frac {\ partial {f}} {\ partial {\ z}} = \ frac {\ partial {f}} {\ partial {x}} \ frac {\ partial {x}} {\ partial {\ z}} + \ frac {\ partial {f}} {\ partial {y}} \ frac {\ partial {y}} {\ partial {\ z}} = \ frac {1} {2} \ bigg ( \ frac {\ partial {f}} {\ partial {x}} + \ i \ frac {\ partial {f}} {\ partial {y}} \ bigg)

Любую сложную функцию $ \ f: \ Bbb Z \ to \ Bbb Z $ можно записать как $$ е \ влево (г \ вправо) = е \ влево (х, у \ вправо) = и \ влево (х, у \ вправо) + \ я v \ влево (х, у \ вправо), $$ где $ u = \ Re \ left (f \ right) $ и $ v = \ Im \ left (f \ right) $ — действительные функции, которые являются действительной и мнимой составляющими $ f $ соответственно.{3z} \ right) \, $ действительная и мнимая компоненты $ u $ и $ v $ могут быть вычислены следующим образом: $$ \ begin {выровнено} \ sin z & = \ sin \ l \ xy \ r = \ sin \ l x \ r \ cos \ l \ y \ r + \ cos \ l x \ r \ sin \ l \ y \ r = \\ & = \ sin x \ cosh y + \ i \ cos x \ sinh y, \\ \ e {z} & = \ e {\ xy} = \ e x \ big (\ cos y + \ i \ sin y \ big), \\ z + \ e {3z} & = \ xy + \ e {3x} \ big (\ cos y + \ i \ sin y \ big) = х \ е {3х} \ соз у + \ я \ л у + \ е {3х} \ грех у \ г. \ end {выровнен} $$ Обозначая $ \ \ R: = x \ e {3x} \ cos y $ и $ \ I: = y + \ e {3x} \ sin y, \, $, мы пишем $$ \ begin {выровнено} f \ l z \ r & = f \ big (\ R + \ i \ I \ big) = \ sin \ big (\ R + \ i \ I \ big) = \ underbrace {\ sin \ R \ cosh \ I} _ {: = u} + \ i \ underbrace {\ cos \ R \ sinh \ I} _ {: = v} \ end {выровнен} $$ Следовательно $$ f \ l z \ r = f \ l \ xy \ r = u \ l x, y \ r + \ i v \ l x, y \ r, \ \ \ text {где} \ \ \ \ begin {case} u \ l x, y \ r = \ sin \ l x \ e {3x} \ cos y \ r \ cosh \ l y + \ e {3x} \ sin y \ r \\ v \ l x, y \ r = \ cos \ l x \ e {3x} \ cos y \ r \ sinh \ l y + \ e {3x} \ sin y \ r \ end {case} $$ Напоследок пишем $$ \ bbox [5pt, граница: 2pt, сплошной # FF0000] {\ е \ л х, у \ г = \ sin \ l x \ e {3x} \! \ cos y \ r \ ch \ l y + \! \ e {3x} \! \ sin y \ r + \ i \ cos \ l x \ e {3x} \! \ cos y \ r \ sinh \ l y + \! \ e {3x} \! \ sin y \ r \ }

Надеюсь, вы сможете выбрать его отсюда и вычислить производную $$ \ frac {\ partial {f}} {\ partial {\ z}} = \ frac {1} {2} \ bigg ( \ frac {\ partial {f}} {\ partial {x}} + \ i \ frac {\ partial {f}} {\ partial {y}} \ bigg)

10.1 Производные комплексных функций

Вы знакомы с производными функций от к , и с Мотивация определения производной как наклона касательной к кривой. Для сложных функций геометрическая мотивация отсутствует, но определение формально то же, что и определение производных действительных функций.

По определению предела можно сказать, что дифференцируемо в если , и является предельной точкой и существует функция такой которая непрерывна при, и такой, что

Иногда полезно перефразировать условие (10.2) следующим образом: является дифференцируемый в если , является предельной точкой , и есть функция такая, что непрерывна в точке, и

Доказательство. Поскольку в точке дифференцируемы, существуют функции , такой, что, непрерывны при, а

Мы можем позволить и мы видим дифференцируемо при и

Доказательство: доказательство предоставляется вам.

Доказательство: согласно нашим предположениям, существуют функции

Доказательство: если , мы видели выше, что это дифференцируемый и . Позвольте быть комплексной функцией, и позволять .Предположим, дифференцируем в, и. Затем . По цепному правилу дифференцируем в, и

Дифференцирующие комплексные экспоненты

u ‘+ iv ‘ = ze ^zt = ( a + ib ) ( u + iv ) = au — bv i + av + bu ).

  def complex_step (f, eps = 1e-10):
    "" "
    Функция высшего порядка принимает одномерную функцию, которая вычисляет значение и
    возвращает функцию, которая возвращает приближение пары значение-производная.
    "" "
    def f1 (x):
        y = f (complex (x, eps)) # преобразовать ввод в комплексное число
        return (y.real, y.imag / eps) # возвращаем значение функции и градиент
    вернуть f1
  

  f = лямбда x: exp (x) + cos (x) +10 # функция
g = лямбда x: exp (x) -sin (x) # градиент
х = 1.0
печать (f (x), g (x))
печать complex_step (f) (x)