导数概念及其意义

定义 一般定义 设有定义域和取值都在实数域中的函数y=f(x)。若f(x) 在点 的某个邻域内有定义,则当自变量x在x0处取得增量 (点 仍在该邻域内)时,相应地y取得增量 ;如果 与 之比当 时的极限存在,则称函数y=f(x) 在点 处可导 ,并称这个极限为函数 y=

定义

一般定义

设有定义域和取值都在实数域中的函数y=f(x)。若f(x) 在点

  

的某个邻域内有定义,则当自变量x在x0处取得增量

  

(点

  

仍在该邻域内)时,相应地y取得增量

  

;如果

  

  

之比当

  

时的极限存在,则称函数y=f(x) 在点

  

可导,并称这个极限为函数 y=f(x)在点

  

处的导数,记为

  

,即: [3] 

对于一般的函数,如果不使用增量的概念,函数f(x)在点x0处的导数也可以定义为:当定义域内的变量x趋近于x0 时,也可记作

  

或者

  

的极限。也就是说,

几何意义

当函数定义域和取值都在实数域中的时候,导数可以表示函数的曲线上的切线斜率。如右图所示,设P0为曲线上的一个定点,P为曲线上的一个动点。当P沿曲线逐渐趋向于点P0时,并且割线PP0的极限位置P0T存在,则称P0T为曲线在P0处的切线。[1] 

若曲线为一函数y=f(x)的图像,那么割线PP0的斜率为:

当P0处的切线P0T,即PP0的极限位置存在时,此时

  

,则P0T的斜率

  

为:

上式与一般定义中的导数定义完全相同,也就是说

  

,因此,导数的几何意义即曲线y=f(x)在点

 

处切线的斜率。


  

图1.几何意义图1.几何意义

性质

单调性

一阶导数表示的是函数的变化率,最直观的表现就在于函数的单调性

图2.单调性图2.单调性

定理:设f(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内具有一阶导数,那么:

(1)若在(a,b)内f'(x)>0,则f(x)在[a,b]上的图形单调递增;

(2)若在(a,b)内f’(x)<0,则f(x)在[a,b]上的图形单调递减;

(3)若在(a,b)内f'(x)=0,则f(x)在[a,b]上的图形是平行(或重合)于x轴的直线,即在[a,b]上为常数。 [3] 

在右图可以直观的看出:函数的导数就是一点上的切线的斜率。当函数单调递增时,斜率为正,函数单调递减时,斜率为负。

导数与微分

微分也是一种线性描述函数在一点附近变化的方式。微分和导数是两个不同的概念。但是,对一元函数来说,可微与可导是完全等价的。可微的函数,其微分等于导数乘以自变量的微分dx,换句话说,函数的微分与自变量的微分之商等于该函数的导数。因此,导数也叫做微商。函数y=f(x)的微分又可记作dy=f'(x)dx。 [3] 

可导的条件

如果一个函数的定义域为全体实数,即函数在实数域上都有定义,那么该函数是不是在定义域上处处可导呢?答案是否定的。函数在定义域中一点可导需要一定的条件。首先,要使函数f在一点可导,那么函数一定要在这一点处连续。换言之,函数若在某点可导,则必然在该点处连续。

可导的函数一定连续,不连续的函数一定不可导。

例子

欲求函数

在x=3处的导数。可以先求出其导函数:

其中第二项使用了复合函数的求导法则,而第三项则使用了乘积的求导法则。求出导函数后,再将x=3代入,得到导数为:

知秋君
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