高等数学 —— 一元函数的微分
导数和微分的概念,导数的几何意义和物理意义,函数的可导性与连续性之间的关系。
平面曲线的切线和法线,导数和微分的四则运算,基本初等函数的导数,复合函数、反函数、隐函数以及参数方程所确定的函数的微分法,高阶段导数,一阶段微分形式的不变性,微分中值定理(罗尔中值定理,拉格朗日中值定理,泰勒定理,柯西中值定理),洛必达法则,函数单调性的判别,函数的极值,函数的凹凸性,拐点以及渐近线,函数图形的描绘,函数的最大小值。
弧微分,曲率的概念,曲率圆与曲率半径。
概念介绍
- 导数(Derivative):导数描述了函数在某一点的变化率。对于函数 f(x),其在点 x 处的导数可以用极限的概念来定义:
- 微分(Differential):微分是导数的一个应用,它描述了函数在某一点附近的局部线性近似。如果 f(x) 在某点 x 处可导,则在该点附近,函数的微分可以表示为:df= f`(x)dx
导数的几何意义和物理意义
几何意义:在几何学中,导数表示函数图像在某一点的切线斜率。切线的斜率描述了曲线在该点附近的变化率,即在该点处函数的瞬时变化率。通过导数,我们可以了解函数在不同点处的曲率、凹凸性等几何特征。
物理意义:在物理学中,导数描述了物理量随时间的变化率。例如,如果一个物体的位置随时间变化,其速度可以表示为位置关于时间的导数,即速度是位置的一阶导数。同样,加速度则是速度关于时间的导数,即加速度描述了速度的变化率。因此,导数在描述运动、变化和变化率方面在物理学中起着关键作用。
函数的可导性与连续性之间的关系:一个函数在某一点可导,意味着它在该点附近有良好的局部线性近似,即它在该点连续。因此,如果一个函数在某点可导,则它在该点必然连续。但是,连续并不意味着可导。例如,绝对值函数,在x=0处连续,但是在该点不可导。
导数与微分之间的关系:
参考博客
微分本质是一个微小的线性变化量,是用一个线性函数作为原函数变化的逼近(或者叫近似)。
导数:是指函数在某一点处变化的快慢,是一种变化率。
微分:是指函数在某一点处(趋近于无穷小)的变化量,是一种变化的量。
请区别下面不同的算法:古典数学的计算方法
平面曲线的切线和法线。 平面的切线的斜率即f(x)在该点的导数,法线也就是f(x)导数的负分之一。法线和导数之间的关系互为相反数。
导数与微分的四则运算
导数的运算法则在前面,下面阐述了微分四则运算。参数方程所确定的函数的微分法:隐函数和参数方程所确定函数的导数
高阶导数:导数的导数称为高阶导数。求解答高阶导数的方法,1. 归纳法:常见函数的n阶导,找规律。 2. 莱布尼茨公式 3. 泰勒公式
微分形式的不变性:如果两个函数在某一点的微分形式相同,则它们在该点的函数值和导数值也相同。对一阶微分形式不变性的理解
微分中值定理:1.罗尔中值定理 2.拉格朗日中值定理 3.泰勒定理 4. 柯西中值定理。
泰勒定理洛必达法则:用于解决不定型的极限 参考链接
函数的性质
函数单调性的判别:通过导数的正负性可以判断函数在区间上的单调性。
函数的极值:函数在局部最大值或最小值处称为极值,通过导数的零点或变号来判断。
函数的凹凸性:通过二阶导数的正负性来判断函数在某区间上的凹凸性。
拐点:函数图像在拐点处由凹转凸或由凸转凹。
渐近线:用来描述函数在无穷远处的趋势。
函数图形的描绘:通过函数的导数、极值、拐点、渐近线等特性来描绘函数图形。
函数的最大小值:通过导数或二阶导数的性质来判断函数的最大值和最小值。弧微分和曲率
在一段弧上,一段弧长和它两端点的横坐标有关。当Δx极小时,弧可以看作是一条直线,此时Δx^2+Δy^2=Δs^2,又Δy=y‘*Δx,所以弧微分公式为
因为y‘=dy/dx。所以对于参数方程,将dx移到根号内,再乘以dt/dt,分母上的dt移到根号内可得到
曲率描述弧的弯曲程度,如果弧角度变化地越快,则曲率越大
设一段弧,起点为M终点为M‘,M到M’的弧长为|ds|,两点的切线倾角变化为|dα|,则这一段弧的曲率K为
般求曲率都要通过参数方程,设