Методы решения физико-математических задач

Правила дифференцирования - основные формулы вычисления производных

Формулы вычисления производных
В кратком виде даны правила дифференцирования (формулы вычисления производных). Ссылки на страницы с подробным описанием выбранного правила.
()( \newcommand{\tg}{\mathop{\mathrm{tg}}\nolimits} )() ()( \newcommand{\ctg}{\mathop{\mathrm{ctg}}\nolimits} )() ()( \newcommand{\arctg}{\mathop{\mathrm{arctg}}\nolimits} )() ()( \newcommand{\arcctg}{\mathop{\mathrm{arcctg}}\nolimits} )() ()( \newcommand{\sh}{\mathop{\mathrm{sh}}\nolimits} )() ()( \newcommand{\ch}{\mathop{\mathrm{ch}}\nolimits} )() ()( \newcommand{\th}{\mathop{\mathrm{th}}\nolimits} )() ()( \newcommand{\cth}{\mathop{\mathrm{cth}}\nolimits} )() ()( \newcommand{\arsh}{\mathop{\mathrm{arsh}}\nolimits} )() ()( \newcommand{\arch}{\mathop{\mathrm{arch}}\nolimits} )() ()( \newcommand{\arth}{\mathop{\mathrm{arth}}\nolimits} )() ()( \newcommand{\arcth}{\mathop{\mathrm{arcth}}\nolimits} )()

Принятые обозначения

Далее мы полагаем, что дифференцирование выполняется по независимой переменной x. u и v обозначают функции от этой переменной:
u = u(x);
v = v(x).
Предполагается, что они дифференцируемы при заданных значениях x.
C – это постоянная величина, не зависящая от x.

Производная постоянной

(C) ′ = 0;
( Cu ) ′ = Cu ′.

Производная суммы и разности

( u ± v ) ′ = u ′ ± v ′.

Производная произведения

( uv ) ′ = u ′v + uv ′
Формула Лейбница для n-й производной произведения двух функций:
(uv) (n) = nΣk = 0 n!(n – k)!k! u (n – k) v (k).     Доказательство и пример

Производная дроби

( uv ) ′ = u ′v – uv ′v 2.

Производная сложной функции

Пусть   y =  f (x) = g(u(x)).   Тогда
dydx = dydu ⋅ dudx.
Пусть   y =  f (x) = g(u(x), v(x)).   Тогда
dydx = ∂y∂u ⋅ dudx + ∂y∂v ⋅ dvdx.
Доказательство     Примеры

Производная обратной функции

dydx = 1 dxdy .

Логарифмическая производная

( ln y ) ′ = 1y y ′;
y ′ = y ( ln y ) ′.
Производная степенно-показательной функции
( u v ) ′ = vu v – 1 u ′ + u v v ′ ln u.

Производные высших порядков

(uv) (n) = nΣk = 0 n!(n – k)!k! u (n – k) v (k);
( a x ) (n) = a x  ln n a;
( sin x ) (n) = sin( x + nπ2 );
( cos x ) (n) = cos( x + nπ2 );
( x m ) (n) = m (m – 1) ...   (m – n + 1) x m – n;
( ln x ) (n) = (–1) n – 1 (n – 1)!x n.

Производная функции, заданной параметрическим способом

x = x(t);  y = y(t);
dydx =  dydt  dxdt .

Производная неявной функции

Пусть зависимость y от x задана уравнением
F(x, y) = 0.
Дифференцируя это уравнение по переменной x, имеем:
∂F∂x + ∂F∂y ⋅ dydx = 0.
Отсюда
dydx = – ∂F∂x∂F∂y.
Продолжая дифференцирование, можно найти производные высших порядков.

Производные элементарных функций

Здесь C и a являются постоянными; m и n – целые числа.

(C) ′ = 0;
( x a ) ′ = ax a – 1;
( n √ x m  ) ′ = ( x m / n ) ′ = mn x mn – 1 = mn n √ x m – n ;
( e x ) ′ = e x;
( a x ) ′ = a x ln a;
( ln x ) ′ = 1x;     ( ln | x |  ) ′ = 1x;
( loga x ) ′ = 1x ln a;     ( loga | x |  ) ′ = 1x ln a;
( sin x ) ′ = cos x;
( cos x ) ′ = –sin x;
( tg x ) ′ = 1cos 2 x;
( ctg x ) ′ = – 1sin 2 x;
( arcsin x ) ′ = 1√ 1 – x 2 ;
( arccos x ) ′ = – 1√ 1 – x 2 ;
( arctg x ) ′ = 11 + x 2;
( arcctg x ) ′ = – 11 + x 2;
( sh x ) ′ = ch x;
( ch x ) ′ = sh x;
( th x ) ′ = 1ch 2 x;
( cth x ) ′ = – 1sh 2 x;
( arsh x ) ′ = ( ln( x + √ x 2 + 1  ) ) ′ = 1√ x 2 + 1 ;
( arch x ) ′ = ( ln( x ± √ x 2 – 1  ) ) ′ = ± 1√ x 2 – 1 ;
( arth x ) ′ = (  12 ln 1 + x1 – x  ) ′ = 11 – x 2;
( arcth x ) ′ = (  12 ln x + 1x – 1  ) ′ = 11 – x 2.

Автор: Олег Одинцов.     Опубликовано:

▲
Меню