ฟังก์ชันเชิงซ้อนและอนุพันธ์ของพวกมัน ค้นหาอนุพันธ์: อัลกอริธึมและตัวอย่างการแก้ปัญหา

การดำเนินการหาอนุพันธ์เรียกว่าดิฟเฟอเรนติเอชัน

จากการแก้ปัญหาการหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันที่ง่ายที่สุด (และไม่ง่ายมาก) โดยกำหนดอนุพันธ์เป็นขีดจำกัดอัตราส่วนของการเพิ่มต่อการเพิ่มขึ้นของอาร์กิวเมนต์ ตารางอนุพันธ์และกฎการแยกความแตกต่างที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำปรากฏขึ้น . Isaac Newton (1643-1727) และ Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) เป็นคนแรกที่ทำงานด้านการค้นหาอนุพันธ์

ดังนั้นในสมัยของเราเพื่อค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันใด ๆ ไม่จำเป็นต้องคำนวณขีด จำกัด ข้างต้นของอัตราส่วนของการเพิ่มขึ้นของฟังก์ชันต่อการเพิ่มขึ้นของอาร์กิวเมนต์ แต่ต้องใช้ตารางเท่านั้น ของอนุพันธ์และกฎของความแตกต่าง อัลกอริทึมต่อไปนี้เหมาะสำหรับการหาอนุพันธ์

เพื่อหาอนุพันธ์คุณต้องการนิพจน์ภายใต้เครื่องหมายขีด แบ่งหน้าที่ง่าย ๆและกำหนดการกระทำ (ผลิตภัณฑ์ ผลรวม ผลหาร)ฟังก์ชันเหล่านี้เกี่ยวข้องกัน นอกจากนี้ เราพบอนุพันธ์ของฟังก์ชันพื้นฐานในตารางอนุพันธ์ และสูตรอนุพันธ์ของผลิตภัณฑ์ ผลรวมและผลหาร - ในกฎของความแตกต่าง ตารางอนุพันธ์และกฎการสร้างความแตกต่างมีให้หลังจากสองตัวอย่างแรก

ตัวอย่าง 1หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน

วิธีการแก้. จากกฎของความแตกต่าง เราพบว่าอนุพันธ์ของผลรวมของฟังก์ชันคือผลรวมของอนุพันธ์ของฟังก์ชัน นั่นคือ

จากตารางอนุพันธ์ เราพบว่าอนุพันธ์ของ "X" เท่ากับ 1 และอนุพันธ์ของไซน์คือโคไซน์ เราแทนที่ค่าเหล่านี้ด้วยผลรวมของอนุพันธ์และค้นหาอนุพันธ์ที่ต้องการโดยเงื่อนไขของปัญหา:

ตัวอย่าง 2หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน

วิธีการแก้. สร้างความแตกต่างในฐานะอนุพันธ์ของผลรวม ซึ่งเทอมที่สองที่มีค่าคงที่ สามารถนำออกจากเครื่องหมายของอนุพันธ์ได้:

หากยังคงมีคำถามว่าบางสิ่งมาจากไหน ตามกฎแล้วจะมีความชัดเจนหลังจากอ่านตารางอนุพันธ์และกฎการแยกความแตกต่างที่ง่ายที่สุด เราจะไปหาพวกเขาตอนนี้

ตารางอนุพันธ์ของฟังก์ชันอย่างง่าย

1. อนุพันธ์ของค่าคงที่ (ตัวเลข) ตัวเลขใดๆ (1, 2, 5, 200...) ที่อยู่ในนิพจน์ของฟังก์ชัน ศูนย์เสมอ สิ่งนี้สำคัญมากที่ต้องจำไว้ เพราะจำเป็นมาก
2. อนุพันธ์ของตัวแปรอิสระ ส่วนใหญ่มักจะเป็น "x" เท่ากับหนึ่งเสมอ นี่เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องจำไว้
3. อนุพันธ์ของดีกรี เมื่อแก้ปัญหา คุณต้องแปลงรากที่สองให้เป็นกำลัง
4. อนุพันธ์ของตัวแปรยกกำลัง -1
5. อนุพันธ์ของรากที่สอง
6. อนุพันธ์ของไซน์
7. อนุพันธ์โคไซน์
8. อนุพันธ์แทนเจนต์
9. อนุพันธ์ของโคแทนเจนต์
10. อนุพันธ์ของอาร์กไซน์
11. อนุพันธ์ของอาร์คโคไซน์
12. อนุพันธ์ของอาร์คแทนเจนต์
13. อนุพันธ์ของแทนเจนต์ผกผัน
14. อนุพันธ์ของลอการิทึมธรรมชาติ
15. อนุพันธ์ของฟังก์ชันลอการิทึม
16. อนุพันธ์ของเลขชี้กำลัง
17. อนุพันธ์ของฟังก์ชันเลขชี้กำลัง

กฎการสร้างความแตกต่าง

1. อนุพันธ์ของผลรวมหรือส่วนต่าง
2. อนุพันธ์ของผลิตภัณฑ์
2ก. อนุพันธ์ของนิพจน์คูณด้วยตัวประกอบคงที่
3. อนุพันธ์ของผลหาร
4. อนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อน

กฎข้อที่ 1ถ้าทำหน้าที่

แตกต่างได้ในบางจุด จากนั้นฟังก์ชัน .ที่จุดเดียวกัน

และ

เหล่านั้น. อนุพันธ์ของผลรวมเชิงพีชคณิตของฟังก์ชันเท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของอนุพันธ์ของฟังก์ชันเหล่านี้

ผลที่ตามมา ถ้าฟังก์ชันดิฟเฟอเรนติเอเบิลสองตัวต่างกันด้วยค่าคงที่ อนุพันธ์ของพวกมันคือ, เช่น.

กฎข้อ 2ถ้าทำหน้าที่

ต่างกันที่จุดหนึ่ง แล้วผลคูณก็ต่างกันที่จุดเดียวกัน

และ

เหล่านั้น. อนุพันธ์ของผลคูณของฟังก์ชันสองฟังก์ชันมีค่าเท่ากับผลรวมของผลิตภัณฑ์ของฟังก์ชันเหล่านี้แต่ละตัวและอนุพันธ์ของฟังก์ชันอื่น

ผลที่ 1 ตัวประกอบคงที่สามารถนำออกจากเครื่องหมายของอนุพันธ์ได้:

ผลที่ 2 อนุพันธ์ของผลคูณของฟังก์ชันดิฟเฟอเรนติเอเบิลหลายตัวเท่ากับผลรวมของผลิตภัณฑ์ของอนุพันธ์ของปัจจัยแต่ละตัวและอื่นๆ ทั้งหมด

ตัวอย่างเช่น สำหรับตัวคูณสามตัว:

กฎข้อ 3ถ้าทำหน้าที่

แตกต่างในบางจุด และ , เมื่อถึงจุดนี้ ผลหารของพวกมันก็หาอนุพันธ์ได้ด้วยเช่นกันu/v และ

เหล่านั้น. อนุพันธ์ของผลหารของสองฟังก์ชัน เท่ากับเศษส่วนที่มีตัวเศษเป็นผลต่างระหว่างผลคูณของตัวส่วนกับอนุพันธ์ของตัวเศษและตัวเศษ และอนุพันธ์ของตัวส่วน และตัวส่วนคือกำลังสองของตัวเศษเดิม .

จะดูหน้าอื่นได้ที่ไหน

เมื่อค้นหาอนุพันธ์ของผลิตภัณฑ์และความฉลาดในปัญหาจริง จำเป็นต้องใช้กฎการสร้างความแตกต่างหลายข้อในครั้งเดียวเสมอ ดังนั้นตัวอย่างเพิ่มเติมเกี่ยวกับอนุพันธ์เหล่านี้จะอยู่ในบทความ"อนุพันธ์ของผลิตภัณฑ์และผลหาร".

ความคิดเห็นคุณไม่ควรสับสนค่าคงที่ (นั่นคือตัวเลข) เป็นพจน์ในผลรวมและเป็นปัจจัยคงที่! ในกรณีของพจน์ อนุพันธ์จะเท่ากับศูนย์ และในกรณีของตัวประกอบคงที่ อนุพันธ์จะถูกนำออกจากเครื่องหมายของอนุพันธ์ นี่เป็นข้อผิดพลาดทั่วไปที่เกิดขึ้นใน ชั้นต้นการเรียนรู้อนุพันธ์ แต่ในขณะที่พวกเขาแก้ตัวอย่างหนึ่งสององค์ประกอบ นักเรียนทั่วไปจะไม่ทำผิดพลาดนี้อีกต่อไป

และถ้าเมื่อแยกความแตกต่างของผลิตภัณฑ์หรือผลหาร คุณมีเทอม ยู"วี, โดยที่ ยู- ตัวเลข เช่น 2 หรือ 5 นั่นคือ ค่าคงที่ จากนั้นอนุพันธ์ของตัวเลขนี้จะเท่ากับศูนย์ ดังนั้น พจน์ทั้งหมดจะเท่ากับศูนย์ (กรณีดังกล่าววิเคราะห์ในตัวอย่างที่ 10) .

ข้อผิดพลาดทั่วไปอีกประการหนึ่งคือการแก้ปัญหาทางกลของอนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อนในฐานะอนุพันธ์ของฟังก์ชันง่าย ๆ นั่นเป็นเหตุผลที่ อนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อนอุทิศให้กับบทความแยกต่างหาก แต่ก่อนอื่น เราจะเรียนรู้การหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันง่าย ๆ

ระหว่างทางคุณไม่สามารถทำได้โดยไม่ต้องแปลงนิพจน์ ในการดำเนินการนี้ คุณอาจต้องเปิดคู่มือ windows ใหม่ การกระทำด้วยอำนาจและรากเหง้าและ การกระทำที่มีเศษส่วน .

หากคุณกำลังมองหาคำตอบของอนุพันธ์ที่มีกำลังและราก นั่นคือ เมื่อฟังก์ชันดูเหมือน จากนั้นทำตามบทเรียน " อนุพันธ์ของผลรวมของเศษส่วนที่มีกำลังและราก".

หากคุณมีงานเช่น แล้วคุณจะอยู่ในบทเรียน "อนุพันธ์ของฟังก์ชันตรีโกณมิติอย่างง่าย"

ตัวอย่างทีละขั้นตอน - วิธีหาอนุพันธ์

ตัวอย่างที่ 3หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน

วิธีการแก้. เรากำหนดส่วนต่าง ๆ ของนิพจน์ฟังก์ชัน: นิพจน์ทั้งหมดแสดงถึงผลิตภัณฑ์ และปัจจัยของมันคือผลรวม ในวินาทีที่หนึ่งในเงื่อนไขมีปัจจัยคงที่ เราใช้กฎการแยกความแตกต่างของผลิตภัณฑ์: อนุพันธ์ของผลคูณของฟังก์ชันสองฟังก์ชันเท่ากับผลรวมของผลิตภัณฑ์ของแต่ละฟังก์ชันเหล่านี้และอนุพันธ์ของฟังก์ชันอื่น:

ต่อไป เราใช้กฎการแยกความแตกต่างของผลรวม: อนุพันธ์ของผลรวมเชิงพีชคณิตของฟังก์ชันเท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของอนุพันธ์ของฟังก์ชันเหล่านี้ ในกรณีของเรา ในแต่ละผลรวม เทอมที่สองที่มีเครื่องหมายลบ ในแต่ละผลรวม เราจะเห็นทั้งตัวแปรอิสระ อนุพันธ์ของค่าหนึ่งเท่ากับหนึ่ง และค่าคงที่ (ตัวเลข) ซึ่งอนุพันธ์นั้นมีค่าเท่ากับศูนย์ ดังนั้น "x" กลายเป็นหนึ่ง และลบ 5 - เป็นศูนย์ ในนิพจน์ที่สอง "x" ถูกคูณด้วย 2 เราจึงคูณสองด้วยหน่วยเดียวกันกับอนุพันธ์ของ "x" เราได้รับค่าอนุพันธ์ดังต่อไปนี้:

เราแทนที่อนุพันธ์ที่ค้นพบเป็นผลรวมของผลิตภัณฑ์ และรับอนุพันธ์ของฟังก์ชันทั้งหมดที่กำหนดโดยเงื่อนไขของปัญหา:

และคุณสามารถตรวจสอบวิธีแก้ปัญหาของอนุพันธ์บน

ตัวอย่างที่ 4หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน

วิธีการแก้. เราต้องหาอนุพันธ์ของผลหาร เราใช้สูตรในการแยกความแตกต่างของผลหาร: อนุพันธ์ของผลหารของสองฟังก์ชันเท่ากับเศษส่วนซึ่งตัวเศษคือผลต่างระหว่างผลคูณของตัวส่วนกับอนุพันธ์ของตัวเศษและตัวเศษ และอนุพันธ์ของตัวส่วน และ ตัวส่วนคือกำลังสองของตัวเศษเดิม เราได้รับ:

เราพบอนุพันธ์ของปัจจัยในตัวเศษแล้วในตัวอย่างที่ 2 แล้ว อย่าลืมว่าผลคูณซึ่งเป็นปัจจัยที่สองในตัวเศษในตัวอย่างปัจจุบัน ถูกนำมาด้วยเครื่องหมายลบ:

หากคุณกำลังมองหาวิธีแก้ไขปัญหาดังกล่าว ซึ่งคุณจำเป็นต้องค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน ซึ่งมีกองรากและดีกรีต่อเนื่องกัน เช่น ยินดีต้อนรับเข้าสู่ชั้นเรียน "อนุพันธ์ของผลรวมของเศษส่วนที่มีกำลังและราก" .

หากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับอนุพันธ์ของไซน์ โคไซน์ แทนเจนต์ และฟังก์ชันตรีโกณมิติอื่นๆ นั่นคือเมื่อฟังก์ชันดูเหมือน แล้วคุณจะมีบทเรียน "อนุพันธ์ของฟังก์ชันตรีโกณมิติอย่างง่าย" .

ตัวอย่างที่ 5หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน

วิธีการแก้. ในฟังก์ชันนี้ เราจะเห็นผลคูณ หนึ่งในปัจจัยที่เป็นรากที่สองของตัวแปรอิสระ โดยมีอนุพันธ์ที่เราคุ้นเคยในตารางอนุพันธ์ ตามกฎความแตกต่างของผลิตภัณฑ์และค่าตารางของอนุพันธ์ของรากที่สอง เราได้รับ:

คุณสามารถตรวจสอบวิธีแก้ไขปัญหาอนุพันธ์ได้ที่ เครื่องคิดเลขอนุพันธ์ออนไลน์ .

ตัวอย่างที่ 6หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน

วิธีการแก้. ในฟังก์ชันนี้ เราจะเห็นผลหาร ซึ่งเงินปันผลคือรากที่สองของตัวแปรอิสระ ตามกฎการแยกความแตกต่างของผลหาร ซึ่งเราทำซ้ำและใช้ในตัวอย่างที่ 4 และค่าตารางของอนุพันธ์ของรากที่สอง เราได้รับ:

ในการกำจัดเศษส่วนในตัวเศษ ให้คูณตัวเศษและตัวส่วนด้วย .

ตั้งแต่คุณมาที่นี่ คุณคงเห็นสูตรนี้แล้วในตำราเรียน

แล้วทำหน้าแบบนี้

เพื่อนไม่ต้องกังวล! อันที่จริง ทุกสิ่งเป็นเรื่องง่ายที่จะทำให้อับอายขายหน้า คุณจะเข้าใจทุกอย่างอย่างแน่นอน คำขอเดียวเท่านั้น - อ่านบทความ ช้าพยายามเข้าใจทุกขั้นตอน ฉันเขียนอย่างเรียบง่ายและชัดเจนที่สุด แต่คุณยังคงต้องเจาะลึกแนวคิดนี้ และอย่าลืมแก้ไขงานจากบทความ

ฟังก์ชั่นที่ซับซ้อนคืออะไร?

ลองนึกภาพว่าคุณกำลังย้ายไปอพาร์ตเมนต์อื่น ดังนั้น คุณกำลังจัดของในกล่องใหญ่ ให้จำเป็นต้องรวบรวมสิ่งของชิ้นเล็ก ๆ เช่นเครื่องเขียนของโรงเรียน หากคุณโยนมันลงในกล่องขนาดใหญ่ พวกมันจะหลงทาง เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ ก่อนอื่นคุณต้องใส่มันลงในถุง ซึ่งคุณใส่ในกล่องขนาดใหญ่หลังจากนั้นก็ปิดผนึก กระบวนการที่ "ยากที่สุด" นี้แสดงอยู่ในแผนภาพด้านล่าง:

ดูเหมือนว่าคณิตศาสตร์อยู่ที่ไหน นอกจากนี้ ฟังก์ชันที่ซับซ้อนยังถูกสร้างขึ้นในลักษณะเดียวกัน! มีเพียงเราเท่านั้นที่ "แพ็ค" ไม่ใช่โน้ตบุ๊คและปากกา แต่ \ (x \) ในขณะที่ "แพ็คเกจ" และ "กล่อง" ต่างกันให้บริการ

ตัวอย่างเช่น ลองนำ x และ "แพ็ค" ลงในฟังก์ชัน:


เป็นผลให้เราได้รับ \(\cos⁡x\) แน่นอน นี่คือ "ถุงผ้า" ของเรา และตอนนี้เราใส่มันใน "กล่อง" - เราแพ็คมันลงในฟังก์ชันลูกบาศก์


จะเกิดอะไรขึ้นในที่สุด? ใช่ ถูกต้องแล้ว จะมี "แพ็คเกจที่มีของในกล่อง" นั่นคือ "โคไซน์ของ x ลูกบาศก์"

โครงสร้างที่ได้คือฟังก์ชันที่ซับซ้อน ต่างจากของธรรมดาตรงที่ว่า “ผลกระทบ” หลายครั้ง (แพ็คเกจ) ถูกนำไปใช้กับ X หนึ่งรายการติดต่อกันและปรากฎว่า "ฟังก์ชันจากฟังก์ชัน" - "แพ็กเกจในแพ็กเกจ" เหมือนเดิม

ที่ หลักสูตรโรงเรียนมี "แพ็คเกจ" เดียวกันนี้น้อยมาก มีเพียงสี่ประเภทเท่านั้น:

ตอนนี้มา "แพ็ค" x ก่อนใน ฟังก์ชันเลขชี้กำลังกับฐาน 7 แล้วไปเป็นฟังก์ชันตรีโกณมิติ เราได้รับ:

\(x → 7^x → tg⁡(7^x)\)

ตอนนี้มา "แพ็ค" x สองครั้งใน ฟังก์ชันตรีโกณมิติ, ก่อนใน และจากนั้นใน :

\(x → sin⁡x → ctg⁡ (sin⁡x)\)

ง่ายใช่มั้ย?

ตอนนี้เขียนฟังก์ชันด้วยตัวเองโดยที่ x:
- อันดับแรก มันถูก "บรรจุ" ลงในโคไซน์ และจากนั้นเป็นฟังก์ชันเลขชี้กำลังที่มีฐาน \(3\);
- อันดับแรกยกกำลังห้าแล้วจึงแทนเจนต์
- ก่อนถึงลอการิทึมฐาน \(4\) จากนั้นให้ยกกำลัง \(-2\)

ดูคำตอบสำหรับคำถามนี้ที่ท้ายบทความ

แต่เรา "แพ็ค" x ไม่ใช่สอง แต่สามครั้งได้ไหม? ไม่มีปัญหา! และสี่ ห้า และยี่สิบห้าครั้ง ตัวอย่างเช่น ในที่นี้ เป็นฟังก์ชันที่ x ถูก "บรรจุ" \(4\) ครั้ง:

\(y=5^(\log_2⁡(\sin⁡(x^4)))\)

แต่จะไม่พบสูตรดังกล่าวในการฝึกฝนของโรงเรียน (นักเรียนโชคดีกว่า - อาจยากกว่า☺)

"การเปิดออก" ฟังก์ชั่นที่ซับซ้อน

ดูฟังก์ชันก่อนหน้าอีกครั้ง คุณสามารถหาลำดับของ "การบรรจุ" ได้หรือไม่? สิ่งที่ X ถูกยัดเข้าไปก่อน อะไรต่อจากนั้น และต่อไปเรื่อยๆ จนถึงที่สุด กล่าวคือ ฟังก์ชันใดซ้อนอยู่ในข้อใด หยิบกระดาษแผ่นหนึ่งแล้วเขียนสิ่งที่คุณคิด คุณสามารถทำสิ่งนี้ได้โดยใช้ลูกธนูเป็นลูกโซ่ ตามที่เราเขียนไว้ข้างต้น หรือด้วยวิธีอื่นใด

ตอนนี้ คำตอบที่ถูกต้องคือ: x ตัวแรก "ถูกบรรจุ" ไว้ในกำลัง \(4\)th จากนั้นผลลัพธ์ก็ถูกบรรจุลงในไซน์ ในทางกลับกัน มันถูกวางไว้ในฐานลอการิทึม \(2\) และใน ท้ายที่สุด การก่อสร้างทั้งหมดก็ถูกผลักเข้าสู่อำนาจห้า

นั่นคือจำเป็นต้องคลี่คลายลำดับในลำดับย้อนกลับ และนี่คือคำใบ้เกี่ยวกับวิธีการทำให้ง่ายขึ้น: เพียงแค่ดูที่ X - คุณต้องเต้นจากมัน มาดูตัวอย่างกัน

ตัวอย่างเช่น นี่คือฟังก์ชัน: \(y=tg⁡(\log_2⁡x)\) เราดูที่ X - เกิดอะไรขึ้นกับเขาก่อน? เอามาจากเขา แล้ว? แทนเจนต์ของผลลัพธ์ และลำดับจะเหมือนกัน:

\(x → \log_2⁡x → tg⁡(\log_2⁡x)\)

อีกตัวอย่างหนึ่ง: \(y=\cos⁡((x^3))\) เราวิเคราะห์ - x ตัวแรกถูกลูกบาศก์แล้วโคไซน์ถูกนำมาจากผลลัพธ์ ดังนั้นลำดับจะเป็น: \(x → x^3 → \cos⁡((x^3))\) ให้ความสนใจ ฟังค์ชั่นดูเหมือนจะคล้ายกับอันแรก (ที่มีรูปภาพ) แต่นี่เป็นฟังก์ชันที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง: ที่นี่ในคิวบ์ x (นั่นคือ \(\cos⁡((x x x)))\) และในลูกบาศก์โคไซน์ \(x\) (นั่นคือ \(\ cos⁡ x·\cos⁡x·\cos⁡x\)) ความแตกต่างนี้เกิดจากลำดับ "การบรรจุ" ที่ต่างกัน

ตัวอย่างสุดท้าย (ซึ่งมีข้อมูลสำคัญอยู่ในนั้น): \(y=\sin⁡((2x+5))\) เป็นที่ชัดเจนว่าในตอนแรกเราทำการคำนวณทางคณิตศาสตร์ด้วย x จากนั้นไซน์ถูกนำมาจากผลลัพธ์: \(x → 2x+5 → \sin⁡((2x+5))\) และนี่ จุดสำคัญ: แม้ว่าการดำเนินการเลขคณิตจะไม่ใช่ฟังก์ชันในตัวเอง แต่ที่นี่ยังทำหน้าที่เป็นวิธีการ "บรรจุ" มาเจาะลึกความละเอียดอ่อนนี้กันสักหน่อย

ดังที่ฉันได้กล่าวไว้ข้างต้น ในฟังก์ชันง่าย ๆ x จะถูก "บรรจุ" หนึ่งครั้ง และในฟังก์ชันที่ซับซ้อน - สองรายการขึ้นไป นอกจากนี้ การรวมกันของฟังก์ชันพื้นฐานใดๆ (นั่นคือ ผลรวม ผลต่าง การคูณ หรือหาร) ก็เป็นฟังก์ชันแบบง่ายเช่นกัน ตัวอย่างเช่น \(x^7\) เป็นฟังก์ชันธรรมดา และ \(ctg x\) ก็เช่นกัน ดังนั้น การรวมกันทั้งหมดจึงเป็นฟังก์ชันง่ายๆ:

\(x^7+ ctg x\) - ง่าย
\(x^7 ctg x\) นั้นง่าย
\(\frac(x^7)(ctg x)\) นั้นเรียบง่าย เป็นต้น

อย่างไรก็ตาม หากมีการใช้ฟังก์ชันอื่นร่วมกับชุดค่าผสมดังกล่าว ก็จะเป็นฟังก์ชันที่ซับซ้อนอยู่แล้ว เนื่องจากจะมี "แพ็คเกจ" สองชุด ดูแผนภาพ:



โอเค มาเริ่มกันเลยดีกว่า เขียนลำดับของฟังก์ชัน "wrapping":
\(y=cos(⁡(sin⁡x))\)
\(y=5^(x^7)\)
\(y=arctg⁡(11^x)\)
\(y=log_2⁡(1+x)\)
คำตอบจะอยู่ท้ายบทความอีกครั้ง

ฟังก์ชั่นภายในและภายนอก

ทำไมเราต้องเข้าใจฟังก์ชั่น nesting? สิ่งนี้ให้อะไรเราบ้าง? ประเด็นคือหากไม่มีการวิเคราะห์ดังกล่าว เราจะไม่สามารถค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันที่กล่าวถึงข้างต้นได้อย่างน่าเชื่อถือ

และเพื่อที่จะไปต่อ เราจำเป็นต้องมีแนวคิดเพิ่มเติมอีกสองแนวคิด: ฟังก์ชันภายในและภายนอก นี่เป็นเรื่องง่ายมาก ยิ่งกว่านั้น เราได้วิเคราะห์ข้างต้นแล้ว: หากเราจำการเปรียบเทียบของเราได้ในตอนเริ่มต้น ฟังก์ชันภายในก็คือ "แพ็กเกจ" และฟังก์ชันภายนอกคือ "กล่อง" เหล่านั้น. สิ่งที่ X คือ "ห่อ" ในอันดับแรกคือฟังก์ชันภายใน และสิ่งที่อยู่ภายใน "ห่อ" อยู่นั้นเป็นฟังก์ชันภายนอกอยู่แล้ว เป็นที่เข้าใจได้ว่าทำไม - มันอยู่ข้างนอก มันหมายถึงภายนอก

ในตัวอย่างนี้: \(y=tg⁡(log_2⁡x)\), ฟังก์ชัน \(\log_2⁡x\) เป็นฟังก์ชันภายใน และ
- ภายนอก

และในอันนี้: \(y=\cos⁡((x^3+2x+1))\), \(x^3+2x+1\) อยู่ภายใน และ
- ภายนอก

ทำแบบฝึกหัดสุดท้ายของการวิเคราะห์ฟังก์ชันที่ซับซ้อน และสุดท้าย มาต่อกันที่จุดที่ทุกอย่างเริ่มต้นขึ้น - เราจะพบอนุพันธ์ของฟังก์ชันที่ซับซ้อน:

เติมช่องว่างในตาราง:


อนุพันธ์ของฟังก์ชันประสม

ไชโยสำหรับเรา เรายังได้ "เจ้านาย" ของหัวข้อนี้ - อันที่จริง อนุพันธ์ ฟังก์ชั่นที่ซับซ้อนและโดยเฉพาะกับสูตรที่แย่มากตั้งแต่ต้นบทความ☺

\((f(g(x)))"=f"(g(x))\cdot ก"(x)\)

สูตรนี้อ่านดังนี้:

อนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อนเท่ากับผลคูณของอนุพันธ์ของฟังก์ชันภายนอกที่สัมพันธ์กับฟังก์ชันภายในคงที่และอนุพันธ์ของฟังก์ชันภายใน

และดูรูปแบบการแยกวิเคราะห์ "ด้วยคำพูด" ทันทีเพื่อทำความเข้าใจว่าต้องเกี่ยวข้องกับอะไร:

ฉันหวังว่าคำว่า "อนุพันธ์" และ "ผลิตภัณฑ์" จะไม่ทำให้เกิดปัญหา "ฟังก์ชั่นที่ซับซ้อน" - เราได้รื้อถอนแล้ว การจับนั้นอยู่ใน "อนุพันธ์ของฟังก์ชันภายนอกที่สัมพันธ์กับค่าคงที่ภายใน" มันคืออะไร?

คำตอบ: นี่เป็นอนุพันธ์ปกติของฟังก์ชันภายนอก ซึ่งมีเพียงฟังก์ชันภายนอกเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลง ในขณะที่ฟังก์ชันภายในยังคงเหมือนเดิม ยังไม่ชัดเจน? โอเค มาดูตัวอย่างกัน

สมมติว่าเรามีฟังก์ชัน \(y=\sin⁡(x^3)\) เป็นที่ชัดเจนว่าฟังก์ชันภายในที่นี่คือ \(x^3\) และฟังก์ชันภายนอก
. ตอนนี้ให้เราหาอนุพันธ์ของตัวนอกเทียบกับค่าคงที่ตัวใน

หากเราทำตามคำจำกัดความ อนุพันธ์ของฟังก์ชัน ณ จุดหนึ่งคือขีดจำกัดของอัตราส่วนการเพิ่มของฟังก์ชัน Δ yเพื่อเพิ่มอาร์กิวเมนต์ Δ x:

ทุกอย่างดูเหมือนจะชัดเจน แต่ลองคำนวณตามสูตรนี้ว่า อนุพันธ์ของฟังก์ชัน (x) = x 2 + (2x+ 3) · อี xบาป x. หากคุณทำทุกอย่างตามคำจำกัดความหลังจากการคำนวณสองสามหน้าคุณจะหลับไป ดังนั้นจึงมีวิธีที่ง่ายกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า

ในการเริ่มต้น เราทราบว่าฟังก์ชันพื้นฐานที่เรียกว่าสามารถแยกแยะได้จากฟังก์ชันที่หลากหลายทั้งหมด นี่เป็นนิพจน์ที่ค่อนข้างง่ายซึ่งเป็นอนุพันธ์ที่คำนวณและป้อนในตารางมานานแล้ว ฟังก์ชันดังกล่าวจำง่ายพอๆ กับอนุพันธ์ของฟังก์ชัน

อนุพันธ์ของฟังก์ชันเบื้องต้น

ฟังก์ชันพื้นฐานมีทุกอย่างตามรายการด้านล่าง อนุพันธ์ของฟังก์ชันเหล่านี้ต้องเป็นที่รู้จักด้วยหัวใจ ยิ่งกว่านั้นการจดจำนั้นไม่ยาก - นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมพวกเขาถึงเป็นระดับประถมศึกษา

ดังนั้นอนุพันธ์ของฟังก์ชันพื้นฐาน:

ชื่อ การทำงาน อนุพันธ์
คงที่ (x) = , R 0 (ใช่ ใช่ ศูนย์!)
องศาที่มีเลขชี้กำลังเป็นตรรกยะ (x) = x · x − 1
ไซนัส (x) = บาป x cos x
โคไซน์ (x) = cos x − บาป x(ลบไซน์)
แทนเจนต์ (x) = tg x 1/cos 2 x
โคแทนเจนต์ (x) = ctg x − 1/sin2 x
ลอการิทึมธรรมชาติ (x) = บันทึก x 1/x
ลอการิทึมตามอำเภอใจ (x) = บันทึก เอ x 1/(x ln เอ)
ฟังก์ชันเลขชี้กำลัง (x) = อี x อี x(ไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง)

หากฟังก์ชันพื้นฐานคูณด้วยค่าคงที่ใดๆ อนุพันธ์ของฟังก์ชันใหม่ก็จะคำนวณได้ง่ายเช่นกัน:

( · )’ = · ’.

โดยทั่วไป ค่าคงที่สามารถนำออกจากเครื่องหมายของอนุพันธ์ได้ ตัวอย่างเช่น:

(2x 3)' = 2 ( x 3)' = 2 3 x 2 = 6x 2 .

เห็นได้ชัดว่า ฟังก์ชันพื้นฐานสามารถเพิ่มซึ่งกันและกัน คูณ หาร และอื่นๆ อีกมากมาย นี่คือลักษณะที่ปรากฏของฟังก์ชันใหม่ ไม่ใช่แบบพื้นฐานอีกต่อไป แต่ยังแยกความแตกต่างได้ตามกฎบางอย่าง กฎเหล่านี้จะกล่าวถึงด้านล่าง

อนุพันธ์ของผลรวมและส่วนต่าง

ให้ฟังก์ชั่น (x) และ g(x) ซึ่งเรารู้จักอนุพันธ์ ตัวอย่างเช่น คุณสามารถใช้ฟังก์ชันพื้นฐานที่กล่าวถึงข้างต้น จากนั้นคุณจะพบอนุพันธ์ของผลรวมและผลต่างของฟังก์ชันเหล่านี้:

  1. ( + g)’ = ’ + g
  2. (g)’ = ’ − g

ดังนั้นอนุพันธ์ของผลรวม (ผลต่าง) ของสองฟังก์ชันจึงเท่ากับผลรวม (ผลต่าง) ของอนุพันธ์ อาจมีเงื่อนไขเพิ่มเติม ตัวอย่างเช่น, ( + g + ชม.)’ = ’ + g ’ + ชม. ’.

พูดอย่างเคร่งครัดไม่มีแนวคิดของ "การลบ" ในพีชคณิต มีแนวคิดของ "องค์ประกอบเชิงลบ" ดังนั้นความแตกต่าง gสามารถเขียนใหม่เป็นผลรวมได้ + (-1) gและเหลือเพียงสูตรเดียวเท่านั้น - อนุพันธ์ของผลรวม

ฉ(x) = x 2 + บาป; g(x) = x 4 + 2x 2 − 3.

การทำงาน (x) คือผลรวมของฟังก์ชันพื้นฐานสองฟังก์ชัน ดังนั้น:

ฉ ’(x) = (x 2+ บาป x)’ = (x 2)' + (บาป x)’ = 2x+ คอสเอ็กซ์;

เราเถียงกันสำหรับฟังก์ชัน g(x). มีเพียงสามเทอมเท่านั้น (จากมุมมองของพีชคณิต):

g ’(x) = (x 4 + 2x 2 − 3)’ = (x 4 + 2x 2 + (−3))’ = (x 4)’ + (2x 2)’ + (−3)’ = 4x 3 + 4x + 0 = 4x · ( x 2 + 1).

ตอบ:
’(x) = 2x+ คอสเอ็กซ์;
g ’(x) = 4x · ( x 2 + 1).

อนุพันธ์ของผลิตภัณฑ์

คณิตศาสตร์เป็นวิทยาศาสตร์เชิงตรรกะ หลายคนเชื่อว่าหากอนุพันธ์ของผลรวมเท่ากับผลรวมของอนุพันธ์ อนุพันธ์ของผลคูณนั้น โจมตี"\u003e เท่ากับผลคูณของอนุพันธ์ แต่สำหรับคุณมะเดื่อ! อนุพันธ์ของผลิตภัณฑ์คำนวณโดยใช้สูตรที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง กล่าวคือ:

( · g) ’ = ’ · g + · g

สูตรง่าย ๆ แต่มักถูกลืม และไม่ใช่แค่เด็กนักเรียนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงนักเรียนด้วย ผลลัพธ์คือการแก้ปัญหาอย่างไม่ถูกต้อง

งาน. ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน: (x) = x 3 คอสเอ็กซ์; g(x) = (x 2 + 7x− 7) · อี x .

การทำงาน (x) เป็นผลคูณของฟังก์ชันพื้นฐานสองอย่าง ดังนั้นทุกอย่างจึงง่าย:

ฉ ’(x) = (x 3 คอส x)’ = (x 3)' เพราะ x + x 3 (คอส x)’ = 3x 2 cos x + x 3 (−sin x) = x 2 (3cos xxบาป x)

การทำงาน g(x) ตัวคูณแรกนั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อย แต่รูปแบบทั่วไปจะไม่เปลี่ยนแปลงจากสิ่งนี้ แน่นอน ตัวคูณแรกของฟังก์ชัน g(x) เป็นพหุนาม และอนุพันธ์ของมันคืออนุพันธ์ของผลรวม เรามี:

g ’(x) = ((x 2 + 7x− 7) · อี x)’ = (x 2 + 7x− 7)' · อี x + (x 2 + 7x− 7) ( อี x)’ = (2x+ 7) · อี x + (x 2 + 7x− 7) · อี x = อี x(2 x + 7 + x 2 + 7x −7) = (x 2 + 9x) · อี x = x(x+ 9) · อี x .

ตอบ:
’(x) = x 2 (3cos xxบาป x);
g ’(x) = x(x+ 9) · อี x .

โปรดทราบว่าในขั้นตอนสุดท้าย อนุพันธ์จะถูกแยกตัวประกอบ อย่างเป็นทางการ ไม่จำเป็น แต่อนุพันธ์ส่วนใหญ่ไม่ได้คำนวณด้วยตัวเอง แต่เพื่อสำรวจฟังก์ชัน ซึ่งหมายความว่าเพิ่มเติมอนุพันธ์จะเท่ากับศูนย์ เครื่องหมายจะถูกหา และอื่น ๆ ในกรณีเช่นนี้ จะดีกว่าที่จะมีการแสดงออกที่แยกออกเป็นปัจจัยต่างๆ

หากมีสองหน้าที่ (x) และ g(x), และ g(x) ≠ 0 ในเซตที่เราสนใจ เราสามารถกำหนดฟังก์ชันใหม่ได้ ชม.(x) = (x)/g(x). สำหรับฟังก์ชันดังกล่าว คุณสามารถหาอนุพันธ์ได้:

ไม่อ่อนแอใช่มั้ย? ค่าลบมาจากไหน? ทำไม g 2? แต่แบบนี้! นี่เป็นหนึ่งในสูตรที่ซับซ้อนที่สุด - คุณไม่สามารถเข้าใจได้หากไม่มีขวด เพราะฉะนั้น เรียนต่อดีกว่า ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรม.

งาน. ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน:

มีฟังก์ชันพื้นฐานในตัวเศษและตัวหารของเศษส่วนแต่ละส่วน ดังนั้นสิ่งที่เราต้องมีคือสูตรสำหรับอนุพันธ์ของผลหาร:


ตามธรรมเนียมแล้ว เราแยกตัวเศษออกเป็นปัจจัย - ซึ่งจะทำให้คำตอบง่ายขึ้นมาก:

ฟังก์ชันเชิงซ้อนไม่จำเป็นต้องเป็นสูตรที่มีความยาวครึ่งกิโลเมตร ตัวอย่างเช่น ก็เพียงพอแล้วที่จะใช้ฟังก์ชัน (x) = บาป xและแทนที่ตัวแปร x, พูด, บน x 2+ln x. ปรากฎว่า (x) = บาป ( x 2+ln x) เป็นฟังก์ชันที่ซับซ้อน เธอยังมีอนุพันธ์ แต่จะไม่ทำงานเพื่อค้นหาตามกฎที่กล่าวถึงข้างต้น

จะเป็นอย่างไร? ในกรณีเช่นนี้ การแทนที่ตัวแปรและสูตรสำหรับอนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อนจะช่วยได้ดังนี้

ฉ ’(x) = ’(t) · t', ถ้า xถูกแทนที่ด้วย t(x).

ตามกฎแล้ว สถานการณ์ที่มีความเข้าใจในสูตรนี้น่าเศร้ายิ่งกว่าผลสืบเนื่องของผลหาร ดังนั้นจึงเป็นการดีที่จะอธิบายด้วยตัวอย่างเฉพาะด้วย คำอธิบายโดยละเอียดทุกขั้นตอน

งาน. ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน: (x) = อี 2x + 3 ; g(x) = บาป ( x 2+ln x)

โปรดทราบว่าหากอยู่ในฟังก์ชัน (x) แทนนิพจน์ 2 x+ 3 จะง่าย xจากนั้นเราจะได้ฟังก์ชันพื้นฐาน (x) = อี x. ดังนั้นเราจึงทำการทดแทน: ให้2 x + 3 = t, (x) = (t) = อี t. เรากำลังมองหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อนโดยสูตร:

ฉ ’(x) = ’(t) · t ’ = (อี t)’ · t ’ = อี t · t

และตอนนี้ - ให้ความสนใจ! ทำการทดแทนแบบย้อนกลับ: t = 2x+ 3. เราได้รับ:

ฉ ’(x) = อี t · t ’ = อี 2x+ 3 (2 x + 3)’ = อี 2x+ 3 2 = 2 อี 2x + 3

ทีนี้มาดูฟังก์ชั่นกัน g(x). เห็นได้ชัดว่าต้องเปลี่ยน x 2+ln x = t. เรามี:

g ’(x) = g ’(t) · t' = (บาป t)’ · t' = cos t · t

การเปลี่ยนกลับ: t = x 2+ln x. แล้ว:

g ’(x) = คอส( x 2+ln x) · ( x 2+ln x)' = คอส ( x 2+ln x) · (2 x + 1/x).

นั่นคือทั้งหมด! ดังที่เห็นได้จากนิพจน์ที่แล้ว ปัญหาทั้งหมดลดลงเหลือเพียงการคำนวณอนุพันธ์ของผลรวม

ตอบ:
’(x) = 2 อี 2x + 3 ;
g ’(x) = (2x + 1/x) เพราะ ( x 2+ln x).

บ่อยครั้งในบทเรียนของฉัน แทนที่จะใช้คำว่า "อนุพันธ์" ฉันใช้คำว่า "จังหวะ" ตัวอย่างเช่น สโตรกของผลรวมเท่ากับผลรวมของสโตรก ชัดเจนกว่านี้ไหม? ดีที่เป็นสิ่งที่ดี

ดังนั้น การคำนวณอนุพันธ์ลงมาเพื่อกำจัดจังหวะเหล่านี้ตามกฎที่กล่าวถึงข้างต้น เป็นตัวอย่างสุดท้าย กลับไปที่กำลังอนุพันธ์ด้วยเลขชี้กำลังที่เป็นตรรกยะ:

(x )’ = · x − 1

น้อยคนนักที่จะรู้ว่าในบทบาท อาจเป็นจำนวนเศษส่วนก็ได้ ตัวอย่างเช่น รูทคือ x 0.5 . แต่ถ้ามีอะไรซับซ้อนอยู่ใต้รูทล่ะ? อีกครั้ง ฟังก์ชันที่ซับซ้อนจะเปิดออก - พวกเขาต้องการให้โครงสร้างดังกล่าวใน งานควบคุมโอ้และการสอบ

งาน. ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน:

อันดับแรก ให้เขียนรากใหม่เป็นกำลังด้วยเลขยกกำลังที่เป็นตรรกยะ:

ฉ(x) = (x 2 + 8x − 7) 0,5 .

ตอนนี้เราทำการทดแทน: ให้ x 2 + 8x − 7 = t. เราหาอนุพันธ์ได้จากสูตร:

ฉ ’(x) = ’(t) · t ’ = (t 0.5)' t' = 0.5 t−0.5 t ’.

เราทำการทดแทนแบบย้อนกลับ: t = x 2 + 8x− 7. เรามี:

ฉ ’(x) = 0.5 ( x 2 + 8x− 7) −0.5 ( x 2 + 8x− 7)' = 0.5 (2 x+ 8) ( x 2 + 8x − 7) −0,5 .

ในที่สุดกลับไปที่ราก:

และทฤษฎีบทเกี่ยวกับอนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อน ซึ่งมีสูตรดังนี้

ให้ 1) ฟังก์ชัน $u=\varphi (x)$ มีอนุพันธ์ $u_(x)"=\varphi"(x_0)$ ในบางจุด $x_0$, 2) ฟังก์ชัน $y=f(u)$ มีที่จุดที่สอดคล้องกัน $u_0=\varphi (x_0)$ อนุพันธ์ $y_(u)"=f"(u)$ จากนั้นฟังก์ชันเชิงซ้อน $y=f\left(\varphi (x) \right)$ ที่จุดดังกล่าวจะมีอนุพันธ์เท่ากับผลคูณของอนุพันธ์ของฟังก์ชัน $f(u)$ และ $\varphi ( x)$:

$$ \left(f(\varphi (x))\right)"=f_(u)"\left(\varphi (x_0) \right)\cdot \varphi"(x_0) $$

หรือในรูปแบบที่สั้นกว่า: $y_(x)"=y_(u)"\cdot u_(x)"$

ในตัวอย่างของส่วนนี้ ฟังก์ชันทั้งหมดมีรูปแบบ $y=f(x)$ (เช่น เราพิจารณาเฉพาะฟังก์ชันของตัวแปร $x$ เท่านั้น) ดังนั้น ในตัวอย่างทั้งหมด อนุพันธ์ $y"$ จะถูกนำมาเทียบกับตัวแปร $x$ เพื่อเน้นว่าอนุพันธ์ถูกนำมาเทียบกับตัวแปร $x$ เรามักจะเขียน $y"_x$ แทน $ y"$.

ตัวอย่าง #1, #2 และ #3 ให้รายละเอียดกระบวนการในการหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อน ตัวอย่างที่ 4 มีวัตถุประสงค์เพื่อให้เข้าใจตารางอนุพันธ์อย่างสมบูรณ์ยิ่งขึ้น และเหมาะสมที่จะทำความคุ้นเคยกับมัน

ขอแนะนำหลังจากศึกษาเนื้อหาในตัวอย่างที่ 1-3 แล้วไปที่ การตัดสินใจที่เป็นอิสระตัวอย่าง #5 #6 และ #7 ตัวอย่าง #5, #6 และ #7 มีวิธีแก้ปัญหาสั้นๆ เพื่อให้ผู้อ่านสามารถตรวจสอบความถูกต้องของผลลัพธ์ได้

ตัวอย่าง #1

จงหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน $y=e^(\cos x)$

เราต้องหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อน $y"$ ตั้งแต่ $y=e^(\cos x)$ แล้ว $y"=\left(e^(\cos x)\right)"$. To ค้นหาอนุพันธ์ $ \left(e^(\cos x)\right)"$ ใช้สูตร #6 จากตารางอนุพันธ์ ในการใช้สูตรหมายเลข 6 คุณต้องคำนึงว่าในกรณีของเรา $u=\cos x$ วิธีแก้ปัญหาเพิ่มเติมประกอบด้วยการแทนที่ซ้ำ ๆ ของนิพจน์ $\cos x$ แทนที่จะเป็น $u$ ในสูตรหมายเลข 6:

$$ y"=\left(e^(\cos x) \right)"=e^(\cos x)\cdot (\cos x)" \tag (1.1)$$

ตอนนี้เราต้องหาค่าของนิพจน์ $(\cos x)"$ อีกครั้ง เรากลับไปที่ตารางอนุพันธ์โดยเลือกสูตรหมายเลข 10 จากนั้นแทนที่ $u=x$ เป็นสูตรที่ 10 เรามี : $(\cos x)"=-\ sin x\cdot x"$. ตอนนี้เราดำเนินการต่อความเท่าเทียมกัน (1.1) เสริมด้วยผลลัพธ์ที่พบ:

$$ y"=\left(e^(\cos x) \right)"=e^(\cos x)\cdot (\cos x)"= e^(\cos x)\cdot (-\sin x \cdot x") \tag (1.2) $$

ตั้งแต่ $x"=1$ เรายังคงความเท่าเทียมกัน (1.2):

$$ y"=\left(e^(\cos x) \right)"=e^(\cos x)\cdot (\cos x)"= e^(\cos x)\cdot (-\sin x \cdot x")=e^(\cos x)\cdot (-\sin x\cdot 1)=-\sin x\cdot e^(\cos x) \tag (1.3) $$

จากความเท่าเทียมกัน (1.3) เรามี: $y"=-\sin x\cdot e^(\cos x)$ โดยปกติคำอธิบายและความเท่าเทียมกันระดับกลางมักจะถูกข้ามไปโดยเขียนอนุพันธ์ในหนึ่งบรรทัดเช่นเดียวกับในความเท่าเทียมกัน ( 1.3) ดังนั้น เมื่อพบอนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อน เหลือเพียงการเขียนคำตอบเท่านั้น

ตอบ: $y"=-\sin x\cdot e^(\cos x)$.

ตัวอย่าง #2

ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน $y=9\cdot \arctg^(12)(4\cdot \ln x)$

เราต้องคำนวณอนุพันธ์ $y"=\left(9\cdot \arctg^(12)(4\cdot \ln x) \right)"$ ในการเริ่มต้น เราสังเกตว่าค่าคงที่ (เช่น เลข 9) สามารถนำออกจากเครื่องหมายของอนุพันธ์ได้:

$$ y"=\left(9\cdot \arctg^(12)(4\cdot \ln x) \right)"=9\cdot\left(\arctg^(12)(4\cdot \ln x) \right)" \tag (2.1) $$

ทีนี้มาดูนิพจน์ $\left(\arctg^(12)(4\cdot \ln x) \right)"$ เพื่อให้ง่ายต่อการเลือกสูตรที่ต้องการจากตารางอนุพันธ์ ผมจะนำเสนอนิพจน์ ในรูปแบบนี้: $\left( \left(\arctg(4\cdot \ln x) \right)^(12)\right)"$. ตอนนี้เป็นที่ชัดเจนว่าจำเป็นต้องใช้สูตรที่ 2 เช่น $\left(u^\alpha \right)"=\alpha\cdot u^(\alpha-1)\cdot u"$. แทนที่ $u=\arctg(4\cdot \ln x)$ และ $\alpha=12$ ลงในสูตรนี้:

เสริมความเท่าเทียมกัน (2.1) กับผลลัพธ์ที่ได้ เรามี:

$$ y"=\left(9\cdot \arctg^(12)(4\cdot \ln x) \right)"=9\cdot\left(\arctg^(12)(4\cdot \ln x) \right)"= 108\cdot\left(\arctg(4\cdot \ln x) \right)^(11)\cdot (\arctg(4\cdot \ln x))" \tag (2.2) $$

ในสถานการณ์นี้ มักเกิดข้อผิดพลาดเมื่อโปรแกรมแก้ปัญหาในขั้นตอนแรกเลือกสูตร $(\arctg \; u)"=\frac(1)(1+u^2)\cdot u"$ แทนสูตร $\left(u^\ alpha \right)"=\alpha\cdot u^(\alpha-1)\cdot u"$. ประเด็นคือต้องหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันภายนอกก่อน เพื่อให้เข้าใจว่าฟังก์ชันใดที่จะอยู่ภายนอกนิพจน์ $\arctg^(12)(4\cdot 5^x)$ ให้จินตนาการว่าคุณกำลังนับค่าของนิพจน์ $\arctg^(12)(4\cdot 5^ x)$ สำหรับค่าบางอย่างของ $x$ ขั้นแรก คุณคำนวณค่าของ $5^x$ แล้วคูณผลลัพธ์ด้วย 4 เพื่อให้ได้ $4\cdot 5^x$ ตอนนี้เราหาอาร์กแทนเจนต์จากผลลัพธ์นี้ ได้ $\arctg(4\cdot 5^x)$ จากนั้นเราเพิ่มจำนวนผลลัพธ์เป็นยกกำลังสิบสอง ได้ $\arctg^(12)(4\cdot 5^x)$ การกระทำสุดท้าย กล่าวคือ ยกกำลัง 12 - และมันจะเป็น ฟังก์ชั่นภายนอก. และมันก็มาจากมันที่เราควรเริ่มหาอนุพันธ์ซึ่งทำในความเท่าเทียมกัน (2.2)

ตอนนี้เราต้องหา $(\arctg(4\cdot \ln x))"$ เราใช้สูตรหมายเลข 19 ของตารางอนุพันธ์แทน $u=4\cdot \ln x$ เข้าไป:

$$ (\arctg(4\cdot \ln x))"=\frac(1)(1+(4\cdot \ln x)^2)\cdot (4\cdot \ln x)" $$

เรามาลดความซับซ้อนของนิพจน์ผลลัพธ์กันเล็กน้อย โดยคำนึงถึง $(4\cdot \ln x)^2=4^2\cdot (\ln x)^2=16\cdot \ln^2 x$

$$ (\arctg(4\cdot \ln x))"=\frac(1)(1+(4\cdot \ln x)^2)\cdot (4\cdot \ln x)"=\frac( 1)(1+16\cdot \ln^2 x)\cdot (4\cdot \ln x)" $$

ความเท่าเทียมกัน (2.2) จะกลายเป็น:

$$ y"=\left(9\cdot \arctg^(12)(4\cdot \ln x) \right)"=9\cdot\left(\arctg^(12)(4\cdot \ln x) \right)"=\\ =108\cdot\left(\arctg(4\cdot \ln x) \right)^(11)\cdot (\arctg(4\cdot \ln x))"=108\cdot \left(\arctg(4\cdot \ln x) \right)^(11)\cdot \frac(1)(1+16\cdot \ln^2 x)\cdot (4\cdot \ln x)" \tag (2.3) $$

มันยังคงต้องหา $(4\cdot \ln x)"$ เราเอาค่าคงที่ (เช่น 4) ออกจากเครื่องหมายของอนุพันธ์: $(4\cdot \ln x)"=4\cdot (\ln x )"$ สำหรับในการหา $(\ln x)"$ เราใช้สูตรหมายเลข 8 แทนที่ $u=x$ เป็น: $(\ln x)"=\frac(1)(x) \cdot x"$. ตั้งแต่ $x"=1$ แล้ว $(\ln x)"=\frac(1)(x)\cdot x"=\frac(1)(x)\cdot 1=\frac(1)(x ) $ แทนผลลัพธ์ที่ได้รับเป็นสูตร (2.3) เราได้รับ:

$$ y"=\left(9\cdot \arctg^(12)(4\cdot \ln x) \right)"=9\cdot\left(\arctg^(12)(4\cdot \ln x) \right)"=\\ =108\cdot\left(\arctg(4\cdot \ln x) \right)^(11)\cdot (\arctg(4\cdot \ln x))"=108\cdot \left(\arctg(4\cdot \ln x) \right)^(11)\cdot \frac(1)(1+16\cdot \ln^2 x)\cdot (4\cdot \ln x)" =\\ =108\cdot \left(\arctg(4\cdot \ln x) \right)^(11)\cdot \frac(1)(1+16\cdot \ln^2 x)\cdot 4\ cdot \frac(1)(x)=432\cdot \frac(\arctg^(11)(4\cdot \ln x))(x\cdot (1+16\cdot \ln^2 x)).$ $

ผมขอเตือนคุณว่าอนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อนมักอยู่ในบรรทัดเดียว ดังที่เขียนไว้ในสมการสุดท้าย ดังนั้นเมื่อทำการคำนวณหรือทดสอบมาตรฐาน ไม่จำเป็นต้องลงสีโซลูชันในรายละเอียดเดียวกันเลย

ตอบ: $y"=432\cdot \frac(\arctg^(11)(4\cdot \ln x))(x\cdot (1+16\cdot \ln^2 x))$.

ตัวอย่าง #3

ค้นหา $y"$ ของฟังก์ชัน $y=\sqrt(\sin^3(5\cdot9^x))$

ขั้นแรก ให้แปลงฟังก์ชัน $y$ เล็กน้อยโดยแสดงราก (root) เป็นกำลัง: $y=\sqrt(\sin^3(5\cdot9^x))=\left(\sin(5\cdot 9 ^x) \right)^(\frac(3)(7))$. ทีนี้มาเริ่มหาอนุพันธ์กัน ตั้งแต่ $y=\left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(\frac(3)(7))$ ดังนั้น:

$$ y"=\left(\left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(\frac(3)(7))\right)" \tag (3.1) $$

เราใช้สูตรหมายเลข 2 จากตารางอนุพันธ์แทน $u=\sin(5\cdot 9^x)$ และ $\alpha=\frac(3)(7)$ ลงในนั้น:

$$ \left(\left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(\frac(3)(7))\right)"= \frac(3)(7)\cdot \left( \sin(5\cdot 9^x)\right)^(\frac(3)(7)-1) (\sin(5\cdot 9^x))"=\frac(3)(7)\cdot \left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(-\frac(4)(7)) (\sin(5\cdot 9^x))" $$

เรายังคงความเท่าเทียมกัน (3.1) โดยใช้ผลลัพธ์ที่ได้รับ:

$$ y"=\left(\left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(\frac(3)(7))\right)"=\frac(3)(7)\cdot \left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(-\frac(4)(7)) (\sin(5\cdot 9^x))" \tag (3.2) $$

ตอนนี้เราต้องหา $(\sin(5\cdot 9^x))"$ สำหรับสิ่งนี้ เราใช้สูตรหมายเลข 9 จากตารางอนุพันธ์ แทนที่ $u=5\cdot 9^x$ ลงในนั้น:

$$ (\sin(5\cdot 9^x))"=\cos(5\cdot 9^x)\cdot(5\cdot 9^x)" $$

เสริมความเท่าเทียมกัน (3.2) กับผลลัพธ์ที่ได้ เรามี:

$$ y"=\left(\left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(\frac(3)(7))\right)"=\frac(3)(7)\cdot \left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(-\frac(4)(7)) (\sin(5\cdot 9^x))"=\\ =\frac(3) (7)\cdot \left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(-\frac(4)(7)) \cos(5\cdot 9^x)\cdot(5\cdot 9 ^x)" \tag (3.3) $$

มันยังคงต้องหา $(5\cdot 9^x)"$. อันดับแรก เราเอาค่าคงที่ (ตัวเลข $5$) ออกจากเครื่องหมายของอนุพันธ์ นั่นคือ $(5\cdot 9^x)"=5\ cdot (9^x) "$ ในการหาอนุพันธ์ $(9^x)"$ เราใช้สูตรที่ 5 ของตารางอนุพันธ์แทน $a=9$ และ $u=x$ ลงในนั้น: $ (9^x)"=9^x\cdot \ ln9\cdot x"$. ตั้งแต่ $x"=1$ แล้ว $(9^x)"=9^x\cdot \ln9\cdot x"=9^x\cdot \ln9$. ตอนนี้ เราสามารถดำเนินการต่อความเท่าเทียมกัน (3.3):

$$ y"=\left(\left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(\frac(3)(7))\right)"=\frac(3)(7)\cdot \left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(-\frac(4)(7)) (\sin(5\cdot 9^x))"=\\ =\frac(3) (7)\cdot \left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(-\frac(4)(7)) \cos(5\cdot 9^x)\cdot(5\cdot 9 ^x)"= \frac(3)(7)\cdot \left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(-\frac(4)(7)) \cos(5\cdot 9 ^x)\cdot 5\cdot 9^x\cdot \ln9=\\ =\frac(15\cdot \ln 9)(7)\cdot \left(\sin(5\cdot 9^x)\right) ^(-\frac(4)(7))\cdot \cos(5\cdot 9^x)\cdot 9^x. $$

คุณสามารถคืนอำนาจจากรากเป็นราก (เช่น root) ได้อีกครั้งโดยเขียน $\left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(-\frac(4)(7))$ as $\ frac(1 )(\left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(\frac(4)(7)))=\frac(1)(\sqrt(\sin^4(5\ cdot 9^ x)))$. จากนั้นอนุพันธ์จะถูกเขียนในรูปแบบต่อไปนี้:

$$ y"=\frac(15\cdot \ln 9)(7)\cdot \left(\sin(5\cdot 9^x)\right)^(-\frac(4)(7))\cdot \cos(5\cdot 9^x)\cdot 9^x= \frac(15\cdot \ln 9)(7)\cdot \frac(\cos (5\cdot 9^x)\cdot 9^x) (\sqrt(\sin^4(5\cdot 9^x))) $$

ตอบ: $y"=\frac(15\cdot \ln 9)(7)\cdot \frac(\cos (5\cdot 9^x)\cdot 9^x)(\sqrt(\sin^4(5\ cdot 9^x)))$.

ตัวอย่าง #4

แสดงว่าสูตรที่ 3 และ 4 ของตารางอนุพันธ์เป็นกรณีพิเศษของสูตรที่ 2 ของตารางนี้

ในสูตรที่ 2 ของตารางอนุพันธ์ เขียนอนุพันธ์ของฟังก์ชัน $u^\alpha$ แทนที่ $\alpha=-1$ ลงในสูตร #2 เราได้:

$$(u^(-1))"=-1\cdot u^(-1-1)\cdot u"=-u^(-2)\cdot u"\tag (4.1)$$

เนื่องจาก $u^(-1)=\frac(1)(u)$ และ $u^(-2)=\frac(1)(u^2)$ ความเท่าเทียมกัน (4.1) สามารถเขียนใหม่ได้ดังนี้: $ \left(\frac(1)(u) \right)"=-\frac(1)(u^2)\cdot u"$. นี่คือสูตรหมายเลข 3 ของตารางอนุพันธ์

ลองกลับมาที่สูตรหมายเลข 2 ของตารางอนุพันธ์กันอีกครั้ง แทนที่ $\alpha=\frac(1)(2)$ เข้าไป:

$$\left(u^(\frac(1)(2))\right)"=\frac(1)(2)\cdot u^(\frac(1)(2)-1)\cdot u" =\frac(1)(2)u^(-\frac(1)(2))\cdot u"\tag (4.2) $$

ตั้งแต่ $u^(\frac(1)(2))=\sqrt(u)$ และ $u^(-\frac(1)(2))=\frac(1)(u^(\frac( 1 )(2)))=\frac(1)(\sqrt(u))$ ดังนั้นความเท่าเทียมกัน (4.2) สามารถเขียนใหม่ได้ดังนี้:

$$ (\sqrt(u))"=\frac(1)(2)\cdot \frac(1)(\sqrt(u))\cdot u"=\frac(1)(2\sqrt(u) )\cdot u" $$

ความเท่าเทียมกันที่ได้คือ $(\sqrt(u))"=\frac(1)(2\sqrt(u))\cdot u"$ คือสูตรที่ 4 ของตารางอนุพันธ์ ดังที่คุณเห็น สูตรที่ 3 และหมายเลข 4 ของตารางอนุพันธ์ได้มาจากสูตรที่ 2 โดยแทนที่ค่าที่สอดคล้องกันของ $\alpha$

ถ้า g(x) และ (ยู) เป็นฟังก์ชันที่หาอนุพันธ์ได้ของอาร์กิวเมนต์ตามลำดับที่จุด xและ ยู= g(x), จากนั้นฟังก์ชันเชิงซ้อนก็สามารถหาอนุพันธ์ได้ที่จุด xและหาได้จากสูตร

ข้อผิดพลาดทั่วไปในการแก้ปัญหาอนุพันธ์คือการถ่ายโอนกฎอัตโนมัติเพื่อแยกความแตกต่างของฟังก์ชันอย่างง่ายไปยังฟังก์ชันที่ซับซ้อน เราจะเรียนรู้ที่จะหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดนี้

ตัวอย่าง 2หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน

วิธีแก้ปัญหาที่ผิด:คำนวณลอการิทึมธรรมชาติของแต่ละเทอมในวงเล็บและหาผลรวมของอนุพันธ์:

การตัดสินใจที่ถูกต้อง:อีกครั้งเรากำหนดว่า "แอปเปิ้ล" อยู่ที่ไหนและ "เนื้อสับ" อยู่ที่ไหน ที่นี่ลอการิทึมธรรมชาติของนิพจน์ในวงเล็บคือ "แอปเปิ้ล" นั่นคือฟังก์ชันบนอาร์กิวเมนต์ระดับกลาง ยูและนิพจน์ในวงเล็บคือ "เนื้อสับ" นั่นคืออาร์กิวเมนต์ระดับกลาง ยูโดยตัวแปรอิสระ x.

จากนั้น (โดยใช้สูตร 14 จากตารางอนุพันธ์)

ในปัญหาจริงหลายๆ นิพจน์ นิพจน์ที่มีลอการิทึมค่อนข้างซับซ้อน จึงเป็นเหตุให้มีบทเรียน

ตัวอย่างที่ 3หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน

วิธีแก้ปัญหาที่ผิด:

การตัดสินใจที่ถูกต้องอีกครั้งที่เรากำหนดที่ "แอปเปิ้ล" และที่ "เนื้อสับ" ที่นี่โคไซน์ของนิพจน์ในวงเล็บ (สูตร 7 ในตารางอนุพันธ์) คือ "แอปเปิ้ล" ซึ่งจัดทำขึ้นในโหมด 1 ซึ่งมีผลเฉพาะกับนิพจน์และนิพจน์ในวงเล็บ (อนุพันธ์ของระดับ - หมายเลข 3 ใน ตารางอนุพันธ์) คือ "เนื้อสับ" ปรุงในโหมด 2 มีผลกับมันเท่านั้น และเช่นเคย เราเชื่อมโยงอนุพันธ์สองตัวกับเครื่องหมายผลิตภัณฑ์ ผลลัพธ์:

อนุพันธ์ของฟังก์ชันลอการิทึมที่ซับซ้อนเป็นงานที่ทำบ่อยในการทดสอบ ดังนั้นเราขอแนะนำให้คุณไปที่บทเรียน "อนุพันธ์ของฟังก์ชันลอการิทึม"

ตัวอย่างแรกมีไว้สำหรับฟังก์ชันที่ซับซ้อน ซึ่งอาร์กิวเมนต์ระดับกลางเหนือตัวแปรอิสระเป็นฟังก์ชันอย่างง่าย แต่ในทางปฏิบัติมักจะต้องค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อน โดยที่อาร์กิวเมนต์ระดับกลางอาจเป็นฟังก์ชันที่ซับซ้อนหรือมีฟังก์ชันดังกล่าวอยู่ จะทำอย่างไรในกรณีเช่นนี้? ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันดังกล่าวโดยใช้ตารางและกฎการสร้างความแตกต่าง เมื่อพบอนุพันธ์ของอาร์กิวเมนต์ระดับกลาง จะถูกแทนที่ในตำแหน่งที่ถูกต้องในสูตร ด้านล่างนี้คือสองตัวอย่างวิธีการดำเนินการนี้

นอกจากนี้ยังเป็นประโยชน์ที่จะทราบดังต่อไปนี้ หากฟังก์ชันเชิงซ้อนสามารถแสดงเป็นสายโซ่ของฟังก์ชันสามฟังก์ชันได้

จากนั้นควรหาอนุพันธ์ของมันเป็นผลคูณของอนุพันธ์ของฟังก์ชันเหล่านี้แต่ละตัว:

การบ้านหลายๆ อย่างของคุณอาจทำให้คุณต้องเปิดบทช่วยสอนในหน้าต่างใหม่ การกระทำด้วยอำนาจและรากเหง้าและ การกระทำที่มีเศษส่วน .

ตัวอย่างที่ 4หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน

เราใช้กฎการแยกความแตกต่างของฟังก์ชันที่ซับซ้อน โดยอย่าลืมว่าในผลคูณของอนุพันธ์ อาร์กิวเมนต์ระดับกลางที่เกี่ยวกับตัวแปรอิสระ xไม่เปลี่ยนแปลง:

เราเตรียมปัจจัยที่สองของผลิตภัณฑ์และใช้กฎเพื่อแยกความแตกต่างของผลรวม:

เทอมที่สองคือรูตดังนั้น

ดังนั้น จึงได้มาว่าอาร์กิวเมนต์ระดับกลาง ซึ่งเป็นผลรวม มีฟังก์ชันซับซ้อนเป็นหนึ่งในเงื่อนไข: การยกกำลังเป็นฟังก์ชันที่ซับซ้อน และสิ่งที่ยกกำลังเป็นอาร์กิวเมนต์ระดับกลางโดยตัวแปรอิสระ x.

ดังนั้นเราจึงใช้กฎการสร้างความแตกต่างของฟังก์ชันที่ซับซ้อนอีกครั้ง:

เราเปลี่ยนดีกรีของปัจจัยแรกเป็นรูต และแยกความแตกต่างของปัจจัยที่สอง เราต้องไม่ลืมว่าอนุพันธ์ของค่าคงที่มีค่าเท่ากับศูนย์:

ตอนนี้เราสามารถหาอนุพันธ์ของอาร์กิวเมนต์ระดับกลางที่จำเป็นในการคำนวณอนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อนที่ต้องการในเงื่อนไขของปัญหาได้ y:

ตัวอย่างที่ 5หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน

อันดับแรก เราใช้กฎการแยกความแตกต่างของผลรวม:

หาผลรวมของอนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อนสองฟังก์ชัน ค้นหารายการแรก:

ในที่นี้ การเพิ่มไซน์เป็นกำลังเป็นฟังก์ชันที่ซับซ้อน และไซน์เองก็เป็นอาร์กิวเมนต์ระดับกลางในตัวแปรอิสระ x. ดังนั้นเราจึงใช้กฎการสร้างความแตกต่างของฟังก์ชันที่ซับซ้อนไปพร้อมกัน นำตัวคูณออกจากวงเล็บ :

ตอนนี้เราพบเทอมที่สองจากเทอมที่มาจากอนุพันธ์ของฟังก์ชัน y:

ในที่นี้ การเพิ่มโคไซน์เป็นกำลังเป็นฟังก์ชันที่ซับซ้อน และโคไซน์เองก็เป็นอาร์กิวเมนต์กลางที่เกี่ยวกับตัวแปรอิสระ x. อีกครั้ง เราใช้กฎการสร้างความแตกต่างของฟังก์ชันที่ซับซ้อน:

ผลลัพธ์คืออนุพันธ์ที่ต้องการ:

ตารางอนุพันธ์ของฟังก์ชันที่ซับซ้อนบางอย่าง

สำหรับฟังก์ชันเชิงซ้อน ตามกฎการสร้างความแตกต่างของฟังก์ชันเชิงซ้อน สูตรสำหรับอนุพันธ์ของฟังก์ชันอย่างง่ายจะมีรูปแบบที่ต่างออกไป

1. อนุพันธ์ของฟังก์ชันกำลังเชิงซ้อน โดยที่ ยู x
2. อนุพันธ์ของรากของนิพจน์
3. อนุพันธ์ของฟังก์ชันเลขชี้กำลัง
4. กรณีพิเศษของฟังก์ชันเลขชี้กำลัง
5. อนุพันธ์ของฟังก์ชันลอการิทึมที่มีฐานบวกตามอำเภอใจ เอ
6. อนุพันธ์ของฟังก์ชันลอการิทึมเชิงซ้อน โดยที่ ยูเป็นฟังก์ชันดิฟเฟอเรนติเอเบิลของอาร์กิวเมนต์ x
7. อนุพันธ์ของไซน์
8. อนุพันธ์โคไซน์
9. อนุพันธ์แทนเจนต์
10. อนุพันธ์ของโคแทนเจนต์
11. อนุพันธ์ของอาร์กไซน์
12. อนุพันธ์ของอาร์คโคไซน์
13. อนุพันธ์ของอาร์คแทนเจนต์
14. อนุพันธ์ของแทนเจนต์ผกผัน