Производная функции – определение и геометрический смысл

Производная функции – что это такое? Как раз и навсегда понять и узнавать производную функцию. Производная – это понятие применимое к какой-либо функции и означает оно ни что иное как быстроту изменения функции (величины y) при изменении величины x, то есть другими словами – производная – это скорость с которой изменяется функция при изменении аргумента.

Такая зависимость – скорость изменения функции от аргумента также может быть описана функцией. Соответственно, возможны и первая, и вторая производные, если функция достаточна изменчива и непрерывна, чтобы позволить это. Давайте разберем это подробнее.

Понятие производной

Если мы возьмем на графике любые две точки, например точки с координатами и . Тогда – это приращение аргумента, а – приращение функции. Приращение аргумента кратко обозначается , а приращение функции .

Определение производной

Производная функции – это предел отношения приращения функции к приращению аргумента, когда приращение аргумента стремится к нулю. На графике это означает, что точка с координатой стремится к точке с координатой .

Производная обозначается также как функция, только сверху ставится штрих – вот так

Итак, производная функции:

Замечание: Если вы встречаете такое выражение “производная f(x)” или “производная f” – это все равно что производная функции y(x). Функцию можно обозначать любой буквой, наиболее часто встречаются следующие обозначения функции – f(x), y(x), g(x).

Геометрический смысл производной

Проведем через точки A и B прямую и обратим внимание на то, что отношение это тангенс угла α. При стремлении к нулю, точка B приближается к точке A и наша прямая становится касательной к графику функции в точке A, а значение производной – это будет тангенс угла наклона касательной с осью Ox.

Обратите внимание, что в нашем примере , а , производная будет отрицательна, то как при делении отрицательного числа на положительное, мы получим отрицательное число. Подробнее поговорим об этом в теме “Знак производной”. Однако уже понятно, что если функция убывает, то значение производной на всем участке убывания будет отрицательным. Самостоятельно вы можете проверить – каким будет значение производной, если функция возрастает, а также в точках максимума и минимума функции.

Существование производной

Производная существует не для любых функций, есть определенные критерии, при которых возможно существование производной:

1. Функция задана и непрерывна.
2. Предел существует и конечен.

Если предел не существует, то это, как правило, связано с тем, что в точке, в которой ищется производная, нельзя провести касательную к графику функции. Или касательная образует с осью угол 90⁰. В этом случае производная обращается в бесконечность.

Пример: дана функция . Найдем производную этой функции:

.

В точке производная будет обращаться в бесконечность, то есть .

Сейчас уже не строят графики функций, чтобы определить значение производной, для ее нахождения применяются таблица производных элементарных функций и правила дифференцирования. А пока решим несколько несложных примеров на понятия приращения функции и приращения аргумента.

Примеры на приращение функции и аргумента

Пример 1

Найдите приращение функции для функции , если , =2.

Решение: Понятно что начальное значение аргумента равно 2, а конечное значение 2,5. Найдем значение функции в этих двух точках и .

Тогда .

Пример 2

Дана функция . Найдите приращение при и .

Решение:

.

Ответ: