目录
- 1.dy的定义
- 2.可微与可导的关系
- 3.dy的几何意义
- 4.微分的运算法则
- 5.dy再探索
- 6.线性近似
1.dy的定义
在介绍什么是dy之前,先回顾一下之前的一些概念:
设, y = f ( x ) y=f(x) y=f(x),
若: lim Δ x → 0 Δ y = f ( x 0 + Δ x ) − f ( x 0 ) = 0 \lim_{\Delta x \to 0}\Delta y=f(x_0+\Delta x )-f(x_0)=0 Δx→0limΔy=f(x0+Δx)−f(x0)=0
则:函数在 x 0 x_0 x0处连续,
若: lim Δ x → 0 Δ y Δ x \lim_{\Delta x \to 0} \frac{\Delta y}{\Delta x} Δx→0limΔxΔy存在,则函数在 x 0 x_0 x0处可导。
考虑下面这种情况,
在更一般的情况下,也是这样,在 x 0 x_0 x0处,我们定义如下:
若 Δ y = A Δ x + o ( Δ x ) \Delta y=A\Delta x+o(\Delta x) Δy=AΔx+o(Δx),其中A是与 Δ x \Delta x Δx无关的常数,则称f(x)在 x 0 x_0 x0处可微, A Δ x A\Delta x AΔx称为函数在 x 0 x_0 x0处的微分。记作 d y = A Δ x dy=A\Delta x dy=AΔx
其实,我们从上面的图里面也可以看到, A Δ x A\Delta x AΔx也就是图中画阴影的部分,已经相当接近 Δ y \Delta y Δy了
2.可微与可导的关系
我自第一次学这门课到现在,一直知道对于一元函数来讲,可微与可导是一样的。
可导的定义我们非常熟悉,可微的概念我们也介绍了,下面我们推导一下,这两者究竟有什么关系
因此,我们发现了,可微与可导是等价的,且可微定义里面的这个常数A其实就是在那个点的导数 f ′ ( x 0 ) f\prime(x_0) f′(x0)。
3.dy的几何意义
如上图。请务必记住下面这句话:
Δ y \Delta y Δy是函数y在 x 0 x_0 x0处的增量
d y dy dy是函数y在 x 0 x_0 x0处沿着切线的增量
这种思想我们以后也会经常遇到,在一个点的局部拿切线去近似这个曲线。
4.微分的运算法则
5.dy再探索
若函数 y = f ( x ) y=f(x) y=f(x)在x= x 0 x_0 x0处可微,则有 d y = f ′ ( x 0 ) Δ x dy=f\prime(x_0)\Delta x dy=f′(x0)Δx
看下式 lim Δ x → 0 Δ y d y = lim Δ x → 0 Δ y f ′ ( x 0 ) Δ x = lim Δ x → 0 f ′ ( x 0 ) f ′ ( x 0 ) = 1 \lim_{\Delta x \to 0} \frac {\Delta y}{dy}=\lim_{\Delta x \to 0}\frac {\Delta y}{f\prime(x_0)\Delta x}=\lim_{\Delta x \to 0}\frac {f\prime(x_0)}{f\prime(x_0)}=1 Δx→0limdyΔy=Δx→0limf′(x0)ΔxΔy=Δx→0limf′(x0)f′(x0)=1
我们都知道, Δ y \Delta y Δy与dy都是当 Δ x \Delta x Δx趋于0时的无穷小,由上式可以看出两者是等价无穷小。
此时我们再看导数除了定义的另一种表达: d y d x = f ′ ( x ) \frac{dy}{dx}=f\prime(x) dxdy=f′(x)
由此式可以看出,导数是两个微分的商,因此,导数又称微商
6.线性近似
由第五节的推导可以看出,在 Δ x \Delta x Δx趋于0时, d y ≈ Δ y dy \approx \Delta y dy≈Δy
即: f ′ ( x 0 ) Δ x = f ( x 0 + Δ x ) − f ( x 0 ) f\prime(x_0)\Delta x=f(x_0+\Delta x)-f(x_0) f′(x0)Δx=f(x0+Δx)−f(x0)
令 x = x 0 + Δ x x=x_0+\Delta x x=x0+Δx,也即: f ′ ( x 0 ) ( x − x 0 ) = f ( x ) − f ( x 0 ) f\prime(x_0)(x-x_0)=f(x)-f(x_0) f′(x0)(x−x0)=f(x)−f(x0)
移项得: f ′ ( x 0 ) ( x − x 0 ) + f ( x 0 ) = f ( x ) f\prime(x_0)(x-x_0)+f(x_0)=f(x) f′(x0)(x−x0)+f(x0)=f(x)
由此我们引入了几个常用的线性近似(通常在x=0时)。
为上一句的“由此”注解,其实我们也可以由导数的定义得到此近似
lim x → x 0 = f ( x ) − f ( x 0 ) x − x 0 = f ′ ( x 0 ) \lim_{x \to x_0}=\frac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0}=f\prime(x_0) x→x0lim=x−x0f(x)−f(x0)=f′(x0)
移项得 f ( x ) ≈ f ( x 0 ) + f ′ ( x 0 ) ( x − x 0 ) f(x)\approx f(x_0)+f\prime (x_0)(x-x_0) f(x)≈f(x0)+f′(x0)(x−x0)
在 x 0 = 0 x_0=0 x0=0附近,有下列式子:
1 + x n ≈ 1 + 1 n x \sqrt[n]{1+x}\approx1+\frac{1}{n}x n1+x≈1+n1x
sin ( x ) ≈ x \sin(x)\approx x sin(x)≈x
tan ( x ) ≈ x \tan(x)\approx x tan(x)≈x
e x ≈ x + 1 e^x\approx x+1 ex≈x+1
l n ( 1 + x ) ≈ x ln(1+x)\approx x ln(1+x)≈x
注意区分上述式子与等价无穷小的区别,如 e x ≈ x + 1 e^x\approx x+1 ex≈x+1在x=0处便不是无穷小量。
本文到此结束,感谢读者耐心读完。