При виведенні першої формули таблиці виходити з визначення похідної функції у точці. Візьмемо, де x- будь-яке дійсне число, тобто, x- Будь-яке число з області визначення функції. Запишемо межу відношення збільшення функції до збільшення аргументу при:

Слід зазначити, що під знаком межі виходить вираз, який не є невизначеністю нуль ділити на нуль, тому що в чисельнику знаходиться не нескінченно мала величина, а саме нуль. Іншими словами, збільшення постійної функції завжди дорівнює нулю.

Таким чином, похідна постійної функціїдорівнює нулю по всій області визначення.

Похідна статечної функції.

Формула похідної статечної функції має вигляд де показник ступеня p- Будь-яке дійсне число.

Доведемо спочатку формулу для натурального показника ступеня, тобто для p = 1, 2, 3, …

Будемо користуватися визначенням похідної. Запишемо межу відношення збільшення статечної функції до збільшення аргументу:

Для спрощення виразу в чисельнику звернемося до формули бінома Ньютона:

Отже,

Цим доведено формулу похідної статечної функції для натурального показника.

Похідна показової функції.

Висновок формули похідної наведемо на основі визначення:

Прийшли до невизначеності. Для її розкриття введемо нову змінну, причому при. Тоді. В останньому переході ми використали формулу переходу до нової основи логарифму.

Виконаємо підстановку у вихідну межу:

Якщо згадати другу чудову межу, то прийдемо до формули похідної показової функції:

Похідна логарифмічна функція.

Доведемо формулу похідної логарифмічної функції всім xв галузі визначення та всіх допустимих значеннях підстави aлогарифму. За визначенням похідної маємо:

Як Ви помітили, за доказом перетворення проводилися з використанням властивостей логарифму. Рівність справедливо з другого чудової межі.

Похідні тригонометричних функцій.

Для виведення формул похідних тригонометричних функцій нам доведеться згадати деякі формули тригонометрії, а також перша чудова межа.

За визначенням похідної для функції синуса маємо .

Скористаємося формулою різниці синусів:

Залишилося звернутися до першої чудової межі:

Таким чином, похідна функції sin xє cos x.

Абсолютно аналогічно доводиться формула похідної косинуса.

Отже, похідна функції cos xє -sin x.

Виведення формул таблиці похідних для тангенсу та котангенсу проведемо з використанням доведених правил диференціювання (похідна дробу).

Похідні гіперболічні функції.

Правила диференціювання та формула похідної показової функції з таблиці похідних дозволяють вивести формули похідних гіперболічного синуса, косинуса, тангенсу та котангенсу.

Похідна зворотної функції.

Щоб при викладі не було плутанини, давайте позначати в нижньому індексі аргумент функції, за яким виконується диференціювання, тобто це похідна функції f(x)по x.

Тепер сформулюємо правило знаходження похідної зворотної функції.

Нехай функції y = f(x)і x = g(y)взаємно зворотні, визначені на інтервалах та відповідно. Якщо у точці існує кінцева відмінна від нуля похідна функції f(x), то в точці існує кінцева похідна зворотної функції g(y), причому . В іншому записі .

Можна це правило переформулювати для будь-кого xз проміжку, тоді отримаємо .

Перевіримо справедливість цих формул.

Знайдемо зворотну функцію для натурального логарифму (тут y- функція, а x- Аргумент). Дозволивши це рівняння щодо x, отримаємо (тут x- функція, а y- Її аргумент). Тобто, та взаємно зворотні функції.

З таблиці похідних бачимо, що і .

Переконаємося, що формули знаходження похідних зворотної функції призводять нас до цих результатів:

Як бачите, отримали такі ж результати, як і в таблиці похідних.

Тепер ми маємо знання для доказу формул похідних зворотних тригонометричних функцій.

Почнемо з похідної арксинусу.

. Тоді за формулою похідної зворотної функції отримуємо

Залишилось провести перетворення.

Оскільки областю значень арксинусу є інтервал , то (Дивіться розділ основні елементарні функції, їх властивості та графіки). Тому, а не розглядаємо.

Отже, . Областю визначення похідної арксинусу є проміжок (-1; 1) .

Для арккосинусу все робиться абсолютно аналогічно:

Знайдемо похідну арктангенсу.

Для зворотної функцією є .

Виразимо арктангенс через арккосинус, щоб спростити отриманий вираз.

Нехай arctgx = zтоді

Отже,

Так само знаходиться похідна арккотангенса:

Подано доказ і виведення формули для похідної синуса - sin(x). Приклади обчислення похідних від sin 2x, синуса у квадраті та кубі. Висновок формули для похідної синусу n-го порядку.

Зміст

Див. також: Синус та косинус - властивості, графіки, формули

Похідна за змінною x від синуса x дорівнює косинусу x:
(sin x)′ = cos x.

Доведення

Для виведення формули похідної синуса ми скористаємося визначенням похідної:
.

Щоб знайти цю межу, нам потрібно перетворити вираз таким чином, щоб звести його до відомих законів, властивостей та правил. Для цього нам потрібно знати чотири властивості.
1) Значення першої чудової межі:
(1) ;
2) Безперервність функції косинус:
(2) ;
3) Тригонометричні формули. Нам знадобиться така формула:
(3) ;
4) Арифметичні властивості межі функції:
Якщо і , то
(4) .

Застосовуємо ці правила до нашої межі. Спочатку перетворимо алгебраїчне вираз
.
Для цього застосуємо формулу
(3) .
У нашому випадку
; . Тоді
;
;
;
.

Тепер зробимо підстановку. При , . Застосуємо першу чудову межу (1):
.

Зробимо таку ж підстановку та використовуємо властивість безперервності (2):
.

Оскільки межі, обчислені вище, існують, то застосовуємо властивість (4):

.

Формула похідної синусу доведена.

Приклади

Розглянемо прості приклади знаходження похідних від функцій, які містять синус. Ми знайдемо похідні від наступних функцій:
y = sin 2x; y = sin 2 xта y = sin 3 x.

Приклад 1

Знайти похідну від sin 2x.

Спочатку знайдемо похідну від найпростішої частини:
(2x) '= 2(x)' = 2 · 1 = 2.
Застосовуємо.
.
Тут.

(sin 2x) = 2 cos 2x.

Приклад 2

Знайти похідну від синуса в квадраті:
y = sin 2 x.

Перепишемо вихідну функцію у більш зрозумілому вигляді:
.
Знайдемо похідну від найпростішої частини:
.
Застосовуємо формулу похідної складної функції.

.
Тут.

Можна застосувати одну із формул тригонометрії. Тоді
.

Приклад 3

Знайти похідну від синуса в кубі:
y = sin 3 x.

Похідні вищих порядків

Зауважимо, що похідну від sin xпершого порядку можна виразити через синус наступним чином:
.

Знайдемо похідну другого порядку, використовуючи формулу похідної складної функції:

.
Тут.

Тепер ми можемо помітити, що диференціювання sin xпризводить до збільшення його аргументу на . Тоді похідна n-го порядку має вигляд:
(5) .

Доведемо це, застосовуючи метод математичної індукції.

Ми вже перевірили, що при формула (5) справедлива.

Припустимо, що формула (5) справедлива за деякого значення . Доведемо, що з цього випливає, що формула (5) виконується для .

Випишемо формулу (5) при:
.
Диференціюємо це рівняння, застосовуючи правило диференціювання складної функції:

.
Тут.
Отже, ми знайшли:
.
Якщо підставити , то ця формула набуде вигляду (5).

Формулу доведено.

Див. також:

Похідна

Обчислення похідної від математичної функції (диференціювання) є частою завданням під час вирішення вищої математики. Для простих (елементарних) математичних функцій це досить простою справою, оскільки вже давно складені і легко доступні таблиці похідних для елементарних функцій. Однак, знаходження похідної складної математичної функції не є тривіальним завданням і часто потребує значних зусиль та тимчасових витрат.

Знайти похідну онлайн

Наш онлайн сервіс дозволяє позбутися безглуздих довгих обчислень та знайти похідну онлайнза одну мить. Причому скориставшись нашим сервісом на сайті www.сайт, ви можете обчислити похідну онлайняк від елементарної функції, так і від дуже складної, яка не має рішення в аналітичному вигляді. Головними перевагами нашого сайту в порівнянні з іншими є: 1) немає жорстких вимог до способу введення математичної функції для обчислення похідної (наприклад, при введенні функції синус ікс ви можете ввести її як sin x або sin (x) або sin [x] і т.д. д.); 2) обчислення похідної онлайн відбувається миттєво як онлайні абсолютно безкоштовно; 3) ми дозволяємо знаходити похідну від функції будь-якого порядку, Змінити порядок похідної дуже легко і зрозуміло; 4) ми дозволяємо знайти похідну майже від будь-якої математичної функції онлайн, навіть дуже складною, недоступною для вирішення іншими сервісами. Відповідь завжди точна і не може містити помилки.

Використання нашого сервера дозволить вам 1) обчислити похідну онлайн за вас, позбавивши тривалих і стомлюючих обчислень, в ході яких ви могли б припуститися помилки або друкарської помилки; 2) якщо ви обчислюєте похідну математичної функції самостійно, ми надаємо вам можливість порівняти отриманий результат з обчисленнями нашого сервісу і переконатися у вірності рішення чи знайти помилку, що закралася; 3)пользоваться нашим сервісом замість використання таблиць похідних простих функцій, де найчастіше потрібен час перебування потрібної функції.

Все, що від вас потрібно, щоб знайти похідну онлайн- це скористатися нашим сервісом на

Наведемо зведену таблицю для зручності та наочності щодо теми.

Константаy = C Ступінна функція y = x p (x p) " = p · x p - 1	Показова функціяy = a x (a x) " = a x · ln a Зокрема, приa = eмаємо y = e x (e x) " = e x
Логарифмічна функція (log a x) "= 1 x · ln a Зокрема, приa = eмаємо y = ln x (ln x) " = 1 x	Тригонометричні функції (sin x) "= cos x (cos x)" = - sin x (t g x) "= 1 cos 2 x (c t g x)" = - 1 sin 2 x
Зворотні тригонометричні функції (a r c sin x) " = 1 1 - x 2 (a r c cos x) " = - 1 1 - x 2 (a r c t g x) " = 1 1 + x 2 (a r c t g x) " = - 1 1 + x 2	Гіперболічні функції (s h x) "= c h x (c h x)" = s h x (t h x) "= 1 c h 2 x (c t h x)" = - 1 s h 2 x

Розберемо, як було отримано формули зазначеної таблиці чи, інакше кажучи, доведемо висновок формул похідних кожному за виду функций.

Похідна постійною

Доказ 1

Для того щоб вивести цю формулу, візьмемо за основу визначення похідної функції в точці. Використовуємо x 0 = x , де xприймає значення будь-якого дійсного числа, або, інакше кажучи, xє будь-яким числом області визначення функції f (x) = C . Складемо запис межі відношення збільшення функції до збільшення аргументу при ∆ x → 0:

lim ∆ x → 0 ∆ f (x) ∆ x = lim ∆ x → 0 C - C ∆ x = lim ∆ x → 0 0 ∆ x = 0

Зауважте, що під знак межі потрапляє вираз 0 ∆ x . Воно не є невизначеністю «нуль ділити на нуль», оскільки в чисельнику записана не нескінченно мала величина, а саме нуль. Інакше висловлюючись, збільшення постійної функції завжди є нуль.

Отже, похідна постійної функції f(x) = C дорівнює нулю по всій області визначення.

Приклад 1

Дано постійні функції:

f 1 (x) = 3, f 2 (x) = a, a ∈ R, f 3 (x) = 4 . 13 7 22 f 4 (x) = 0 f 5 (x) = - 8 7

Рішення

Опишемо задані умови. У першій функції бачимо похідну натурального числа 3 . У наступному прикладі необхідно брати похідну від а, де а- будь-яке дійсне число. Третій приклад задає нам похідну ірраціонального числа 4 . 13 7 22 четвертий - похідну нуля (нуль - ціле число). Нарешті, у п'ятому випадку маємо похідний раціональний дроб - 8 7 .

Відповідь:похідні заданих функцій є нуль за будь-якого дійсного x(на всій області визначення)

f 1 "(x) = (3)" = 0, f 2 "(x) = (a)" = 0, a ∈ R, f 3 "(x) = 4. 13 7 22 " = 0, f 4 "(x) = 0" = 0, f 5 "(x) = - 8 7" = 0

Похідна статечної функції

Переходимо до статечної функції та формули її похідної, що має вигляд: (x p) " = p · x p - 1 де показник ступеня pє будь-яким дійсним числом.

Доказ 2

Наведемо доказ формули, коли показник ступеня – натуральне число: p = 1, 2, 3, …

Знову спираємось на визначення похідної. Складемо запис межі відношення збільшення статечної функції до збільшення аргументу:

(x p) " = lim ∆ x → 0 = ∆ (x p) ∆ x = lim ∆ x → 0 (x + ∆ x) p - x p ∆ x

Щоб спростити вираз у чисельнику, використовуємо формулу бінома Ньютона:

(x + ∆ x) p - x p = C p 0 + x p + C p 1 · x p - 1 · ∆ x + C p 2 · x p - 2 · (∆ x) 2 + . . . + + C p p - 1 · x · (∆ x) p - 1 + C p p · (∆ x) p - x p = = C p 1 · x p - 1 · ∆ x + C p 2 · x p - 2 · (∆ x) 2+. . . + C p p - 1 · x · (∆ x) p - 1 + C p p · (∆ x) p

Таким чином:

(x p) " = lim ∆ x → 0 ∆ (x p) ∆ x = lim ∆ x → 0 (x + ∆ x) p - x p ∆ x = = lim ∆ x → 0 (C p 1 · x p - 1 · ∆ x + C p 2 · x p - 2 · (∆ x) 2 + ... + C p p - 1 · x · (∆ x) p - 1 + C p p · (∆ x) p) ∆ x = = lim x → 0 (C p 1 · x p - 1 + C p 2 · x p - 2 · ∆ x + . . . + C p p - 1 · x · (∆ x) p - 2 + C p p · (∆ x) p - 1) = = C p 1 · x p - 1 + 0 + 0 + .. + 0 = p !1! · (p - 1) !

Так, ми довели формулу похідної статечної функції, коли показник ступеня – натуральне число.

Доказ 3

Щоб навести доказ для випадку, коли p -будь-яке дійсне число, відмінне від нуля, використовуємо логарифмічну похідну (тут слід розуміти на відміну від похідної логарифмічної функції). Щоб мати більш повне розуміння, бажано вивчити похідну логарифмічної функції і додатково розібратися з похідною неявно заданої функції та похідної складної функції.

Розглянемо два випадки: коли xпозитивні і коли xнегативні.

Отже, x> 0 . Тоді: x p> 0 . Логарифмуємо рівність y = x p за основою e і застосуємо властивість логарифму:

y = x p ln y = ln x p ln y = p · ln x

На цьому етапі отримали неявно задану функцію. Визначимо її похідну:

(ln y) " = (p · ln x) 1 y · y" = p · 1 x ⇒ y " = p · y x = p · x p x = p · x p - 1

Тепер розглядаємо випадок, коли x –від'ємне число.

Якщо показник pє парне число, то статечна функція визначається при x< 0 , причем является четной: y (x) = - y ((- x) p) " = - p · (- x) p - 1 · (- x) " = = p · (- x) p - 1 = p · x p - 1

Тоді x p< 0 и возможно составить доказательство, используя логарифмическую производную.

Якщо pє непарне число, тоді статечна функція визначена і при x< 0 , причем является нечетной: y (x) = - y (- x) = - (- x) p . Тогда x p < 0 , а значит логарифмическую производную задействовать нельзя. В такой ситуации возможно взять за основу доказательства правила дифференцирования и правило нахождения производной сложной функции:

y " (x) = (- (- x) p) " = - ((- x) p) " = - p · (- x) p - 1 · (- x) " = = p · (- x) p - 1 = p · x p - 1

Останній перехід можливий через те, що якщо p- непарне число, то p - 1або парне число, або нуль (при p = 1), тому, при негативних xправильна рівність (- x) p - 1 = x p - 1 .

Отже, ми довели формулу похідної статечної функції за будь-якого дійсного p .

Приклад 2

Дано функції:

f 1 (x) = 1 x 2 3 f 2 (x) = x 2 - 1 4 f 3 (x) = 1 x log 7 12

Визначте їх похідні.

Рішення

Частину заданих функцій перетворимо на табличний вигляд y = x p , спираючись на властивості ступеня, а потім використовуємо формулу:

f 1 (x) = 1 x 2 3 = x - 2 3 ⇒ f 1 "(x) = - 2 3 · x - 2 3 - 1 = - 2 3 · x - 5 3 f 2 "(x) = x 2 - 1 4 = 2 - 1 4 · x 2 - 1 4 - 1 = 2 - 1 4 · x 2 - 5 4 f 3 (x) = 1 x log 7 12 = x - log 7 12 ⇒ f 3 "( x) = - log 7 12 · x - log 7 12 - 1 = - log 7 12 · x - log 7 12 - log 7 7 = - log 7 12 · x - log 7 84

Похідна показової функції

Доказ 4

Виведемо формулу похідної, взявши за основу визначення:

(a x) " = lim ∆ x → 0 a x + ∆ x - a x ∆ x = lim ∆ x → 0 a x (a ∆ x - 1) ∆ x = a x · lim ∆ x → 0 a ∆ x - 1 ∆ x = 0 0

Ми здобули невизначеність. Щоб розкрити її, запишемо нову змінну z = a ∆ x - 1 (z → 0 при ∆ x → 0). У такому разі a ∆ x = z + 1 ⇒ ∆ x = log a (z + 1) = ln (z + 1) ln a . Для останнього переходу використано формулу переходу до нової основи логарифму.

Здійснимо підстановку у вихідну межу:

(a x) " = a x · lim ∆ x → 0 a ∆ x - 1 ∆ x = a x · ln a · lim ∆ x → 0 1 1 z · ln (z + 1) = = a x · ln a · lim ∆ x → 0 1 ln (z + 1) 1 z = a x · ln a · 1 ln lim ∆ x → 0 (z + 1) 1 z

Згадаймо другу чудову межу і тоді отримаємо формулу похідної показової функції:

(a x) " = a x · ln a · 1 ln lim z → 0 (z + 1) 1 z = a x · ln a · 1 ln e = a x · ln a

Приклад 3

Дано показові функції:

f 1 (x) = 2 3 x f 2 (x) = 5 3 x f 3 (x) = 1 (e) x

Потрібно знайти їх похідні.

Рішення

Використовуємо формулу похідної показової функції та властивості логарифму:

f 1 "(x) = 2 3 x " = 2 3 x · ln 2 3 = 2 3 x · (ln 2 - ln 3) f 2 " (x) = 5 3 x " = 5 3 x · ln 5 1 3 = 1 3 · 5 3 x · ln 5 f 3 "(x) = 1 (e) x " = 1 e x " = 1 e x · ln 1 e = 1 e x · ln e - 1 = - 1 e x

Похідна логарифмічна функція

Доказ 5

Наведемо доказ формули похідної логарифмічної функції будь-яких xв області визначення та будь-яких допустимих значеннях підстави алогарифму. Спираючись на визначення похідної, отримаємо:

(log a x) " = lim ∆ x → 0 log a (x + ∆ x) - log a x ∆ x = lim ∆ x → 0 log a x + ∆ x x ∆ x = = lim ∆ x → 0 1 ∆ x · log a 1 + ∆ x x = lim ∆ x → 0 log a 1 + ∆ x x 1 ∆ x = = lim ∆ x → 0 log a 1 + ∆ x x 1 ∆ x · x x = lim ∆ x → 0 1 x · log a 1 + ∆ x x x ∆ x = = 1 x · log a lim ∆ x → 0 1 + ∆ x x x ∆ x = 1 x · log a e = 1 x · ln e ln a = 1 x · ln a

З зазначеного ланцюжка рівностей видно, що перетворення будувалися з урахуванням властивості логарифму. Рівність lim ∆ x → 0 1 + ∆ x x x ∆ x = e є вірною відповідно до другої чудової межі.

Приклад 4

Задано логарифмічні функції:

f 1 (x) = log ln 3 x , f 2 (x) = ln x

Необхідно обчислити їх похідні.

Рішення

Застосуємо виведену формулу:

f 1 "(x) = (log ln 3 x)" = 1 x · ln (ln 3); f 2 "(x) = (ln x)" = 1 x · ln e = 1 x

Отже, похідна натурального логарифму є одиниця, поділена на x.

Похідні тригонометричних функцій

Доказ 6

Використовуємо деякі тригонометричні формули та перша чудова межа, щоб вивести формулу похідної тригонометричної функції.

Відповідно до визначення похідної функції синуса, отримаємо:

(sin x) " = lim ∆ x → 0 sin (x + ∆ x) - sin x ∆ x

Формула різниці синусів дозволить нам зробити такі дії:

(sin x) " = lim ∆ x → 0 sin (x + ∆ x) - sin x ∆ x = = lim ∆ x → 0 2 · sin x + ∆ x - x 2 · cos x + ∆ x + x 2 ∆ x = = lim ∆ x → 0 sin ∆ x 2 · cos x + ∆ x 2 ∆ x 2 = = cos x + 0 2 · lim ∆ x → 0 sin ∆ x 2 ∆ x 2

Нарешті, використовуємо першу чудову межу:

sin " x = cos x + 0 2 · lim ∆ x → 0 sin ∆ x 2 ∆ x 2 = cos x

Отже, похідної функції sin xбуде cos x.

Цілком також доведемо формулу похідної косинуса:

cos "x = lim ∆ x → 0 cos (x + ∆ x) - cos x ∆ x = = lim ∆ x → 0 - 2 · sin x + ∆ x - x 2 · sin x + ∆ x + x 2 ∆ x = = - lim ∆ x → 0 sin ∆ x 2 · sin x + ∆ x 2 ∆ x 2 = = - sin x + 0 2 · lim ∆ x → 0 sin ∆ x 2 ∆ x 2 = - sin x

Тобто. похідної функції cos x буде - sin x.

Формули похідних тангенсу та котангенсу виведемо на основі правил диференціювання:

t g " x = sin x cos x " = sin " x · cos x - sin x · cos " x cos 2 x = = cos x · cos x - sin x · (- sin x) cos 2 x = sin 2 x + cos 2 x cos 2 x = 1 cos 2 x c t g " x = cos x sin x " = cos " x · sin x - cos x · sin " x sin 2 x = = - sin x · sin x - cos x · cos x sin 2 x = - sin 2 x + cos 2 x sin 2 x = - 1 sin 2 x

Похідні зворотних тригонометричних функцій

Розділ про похідну зворотних функцій дає вичерпну інформацію про доказ формул похідних арксинусу, арккосинусу, арктангенсу та арккотангенсу, тому дублювати матеріал тут не будемо.

Похідні гіперболічних функцій

Доказ 7

Виведення формул похідних гіперболічного синуса, косинуса, тангенсу та котангенсу здійснимо за допомогою правила диференціювання та формули похідної показової функції:

s h " x = e x - e - x 2 " = 1 2 e x " - e - x " = = 1 2 e x - - e - x = e x + e - x 2 = c h x c h " x = e x + e - x 2 " = 1 2 e x " + e - x " = = 1 2 e x + - e - x = e x - e - x 2 = s h x t h " x = s h x c h x " = s h " x · c h x - s h x · c h " x c h 2 x = c h 2 x - s h 2 x c h 2 x = 1 c h 2 x c t h " x = c h x s h x " = c h " x · s h x - c h x · s h " x s h 2 x = s h 2 x - c h 2 x s h 2 x = - 1 s h 2 x

Якщо ви помітили помилку в тексті, будь ласка, виділіть її та натисніть Ctrl+Enter