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大学应用数学:微分概念

时间:2023-10-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:1.微分的定义设函数y=f(x)在点x的某个邻域内有定义,当自变量由x变化到x+Δx时,如果相应函数的增量Δy能表示为Δy=AΔx+o(Δx),其中A与Δx无关.则称函数y=f(x)在点x处可微,并将Δy的线性主部AΔx称为函数y=f(x)在点x的微分,记作dy,即dy=AΔx如果将等式Δy=AΔx+o(Δx)两边同时除以Δx,得,当Δx→0时,得f′(x)=A.所以,函数y=f(x)在点x处的微

大学应用数学:微分概念

1.微分的定义

设函数y=f(x)在点x的某个邻域内有定义,当变量由x变化到x+Δx时,如果相应函数的增量Δy能表示为Δy=AΔx+o(Δx),其中A与Δx无关.则称函数y=f(x)在点x处可微,并将Δy的线性主部AΔx称为函数y=f(x)在点x的微分,记作dy,即

dy=AΔx

如果将等式Δy=AΔx+o(Δx)两边同时除以Δx,得,当Δx→0时,得f′(x)=A.所以,函数y=f(x)在点x处的微分公式为

dy=f′(x)Δx

当函数y=x时,函数的微分dy=dx=x′Δx=Δx,即dx=Δx,于是函数y=f(x)的微分可以写成

dy=f′(x)dx.

如果将等式dy=f′(x)dx两边同时除以dx,即得.

必须注意的是:(1)函数的微分等于函数的导数与自变量微分之积.根据导数公式和运算法则可以推导微分公式和运算法则.(2)上述等式也表明函数y=f(x)的微分与导数之间的关系,即可导的点一定可微,可微的点也一定可导.(3)函数在某点的导数可以看作是函数的微分与自变量微分的商,所以导数也称为微商.(4)对于可导函数,当自变量的增量的绝对值比较小(或|Δx|→0)时,可以用函数的微分dy近似代替函数的增量Δy.(5)微分与导数虽然有着密切的联系,但他们具有本质区别:导数是函数在一点处的变化率,而微分是函数在一点处由自变量增量所引起的函数增量的主要部分;导数的值只与x有关,而微分的值与x和Δx都有关.

例2.38 设函数y=x3,求当x=1,Δx=-0.01时函数的微分和增量.

解 因为y′=(x3)′=3x2,所以dy=y′dx=y′Δx,将x=1,Δx=-0.01代入上式即得函数在该点的微分为(www.xing528.com)

dy=3×(-0.01)=-0.03

而函数的增量为

Δy=(1-0.01)3-13=-0.03+0.003=-0.029 7

可见,当|Δx|比较小时,dy与Δy很接近.

2.微分的几何意义

图2.8

设可导函数y=f(x)的图像是一条曲线,如图2.8所示,对于任一自变量x0,在曲线上对应点为M(x0,y0),当自变量变化到x0+Δx时,对应曲线上的点为N(x0+Δx,y0+Δy),过点M作曲线的切线MT,倾斜角为α,因tan α=f′(x),故

f′(x)Δx=dy=PQ

因此,微分的几何意义是函数曲线的切线上纵坐标的改变量.当|Δx|很小时,我们用函数的微分近似代替函数的增量,也就是用切线段MT上纵坐标的增量代替曲线段MN上纵坐标的增量.

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