当前课程知识点:微积分-1 >  Chapter 4 Derivatives 导数 (second part) >  Unit 5 Higher Order Derivatives and Mean Value Theorem (高阶导数与中值定理) >  Higher Order Derivatives and Mean Value Theorem (高阶导数与中值定理)

返回《微积分-1》慕课在线视频课程列表

Higher Order Derivatives and Mean Value Theorem (高阶导数与中值定理)在线视频

Higher Order Derivatives and Mean Value Theorem (高阶导数与中值定理)

下一节: L'Hospital's Rules (洛必达法则)

返回《微积分-1》慕课在线视频列表

Higher Order Derivatives and Mean Value Theorem (高阶导数与中值定理)课程教案、知识点、字幕

同学们 你们好

欢迎来到mooc在线课程微积分

经过前面的学习

相信大家已经对求导数

非常熟悉了

对于一个函数而言呢

我们对它求一次导数

得到的结果就是导函数

那么我们再考虑一个问题

如果对求得的结果再求一次导数

得到的是什么呢

其实呢这就是二阶导数

类似的我们有三阶 四阶

乃至N阶导数

这些呢 都叫做高阶导数

那么这一单元

我们就要来学习高阶导数

另外 本单元还有一项重要的内容

这就是微分中值定理

它也叫平均值定理

是与导数有关的最重要的定理之一

实际上 后面我们要学习的

很多微积分的重要定理的证明

都要用这个定理 好的

下面我们就开始讲这两部分内容

首先 我们给出高阶导数的定义

Chapter 4 Derivatives 导数

Unit 5 Higher Order Derivatives

and Mean Value Theorem

高阶导数与中值定理

Section 1 Higher order derivatives

高阶导数

同学们

说到高阶导数啊

我们要从二阶谈起

明白了二阶

自然就明白了三阶乃至n阶了

Higher order derivatives

If y equals f of x

is differentiable

假设呢 我们现在有一个可微函数

y=f(x) its derivative is denoted

by f prime or dy over dx

这个函数的导函数呢

我们通常用f一撇

或者是dy除以dx

这种样子来表示

if f prime

is again differentiable

its derivative is denoted by

f double prime

or d dx of dy over dx

which can also be denoted by

d square y over d x square

这段话的意思是说

如果刚才这个函数f(x)的导函数

也就是f一撇

还是可微的话

那么我们又可以进行一次导数

它的结果呢

通常用这样的符号来表示

就是f两撇x

或者呢

如我们在屏幕中给同学们所列的

这个右边的这样子

这个 右边的样子呢是

d平方y除以d x平方

这个是一个特殊的符号

它就表示

对y连续求了两次导数的结果

这就是所谓的二阶导数

Similarly the n-th derivative of f of x

if it exists

is denoted by f to the n of x

or d to the n y over d x to the n

类似的

如果我们谈到n阶导数的话

我们可以用这样的符号

就是f n

这个n的位置呢在指数的位置

但是要加一个小括号

或者用d的n次方乘以y

除以dx的n次方

这种形式的符号

来表示连续对y求了n阶导数

where n is called

the order of the derivative

连续求了n次导数

这个结果呢就叫n阶导数

我们还是看几个例子吧

Example 1.1

f of x equals e

to the x square

f(x) 等于e的x平方次幂

这个函数要求导的时候呢

我们要使用链式法则

很容易求出它的导数

就是2x乘以e的x平方次幂

对于这个式子呢

再求一阶导数

我们就得到二阶导数

f double prime

这个结果呢 是我们整理以后的

同学们可以自己操作一遍

这个过程呢可以一直进行下去

乃至我们求到n阶导数

f的n阶导数啊

它有一个递推公式

我们这里呢也总结出来了

但是一般的通项公式呢

写起来非常复杂

所以我们这里就不写了

接下来我们再看一个例子

我们考虑呢比较简单的函数

就是sinex

它的高阶导数啊

呈现规律地出现 请看

f n-th derivative equals

我们这里列了一个表

当n 模 4 余 1的时候

它的结果永远是cosinex

当n模4 余 2 的时候

是负的sinex

当n模4 余 3 的时候

是负的 cosine x

当n能够被4整除的时候

它的结果一定是sine x

同学们自己不防试一下

Section 2 Mean Value Theorem

中值定理

接下来的这一小节呢

我们要介绍关于导数的

一个最重要的定理

就是中值定理

好的 我们第一个介绍的定理呢

是罗尔定理

Rolle’s Theorem

If f of x is in C closed interval [a,b]

这个符号

同学们还记得它的意思吗

它表示

f是闭区间[a,b]上的连续函数

and f(x) is in D open interval (a,b)

这个表示

f在开区间(a,b)中是可微的

and f at a equals f at b

f在端点a b处取值一样

then there exists a point xi

in the closed interval [a,b]

such that f prime at xi equals 0

这个结论是说

能找到开区间(a,b)中的某一个点xi

使得f在xi点的导数值为零

这个定理啊条件挺多的

结论呢看上去也挺奇怪

它到底什么意思呢

我们画一幅图就明白了

好的 请看这幅图

我们假设y equals f of x

的图像如图所示

我们假设呢

f是这个闭区间[a,b]上的连续函数

在端点处取值是一样的

所以a点和b点呢连起来的线

平行于x轴

另外我们还假设了

f在开区间(a,b)之中是可微的

这时候的结论是说

我们能找到某一个xi

使得f一撇xi等于零

意思就是说在xi点的切线呢

是水平切线

请看这幅图中呢

我们实际上找到了两个这样可能的xi

因此啊 整个定理的意思就是说

如果一个函数它是连续函数

它在两个点取值一样

中间又可微

则一定在某个点的切线是水平的

接下来我们介绍的第二个定理

就是中值定理

The Mean Value Theorem

Mean Value Theorem呢

它通常简写成MVT

好的 请看这个定理是怎么陈述的

If f(x) is continuous

on closed interval [a,b]

and differentiable

on the open interval (a,b)

then there exists a point xi

which belongs to the open interval (a,b)

such that f(b) minus f(a) over b

minus a equals f prime at xi

这就是平均值定理

也就是 Mean Value Theorem

它的含义呢我解释一下

这个地方的xi呢

是这个定理给出的某一个点

它的特点是在这个点的导数

恰好和这个函数的平均变化率

是一样的

平均变化率

就是这个公式中的左边部分

就是f(b)减f(a)除以b减a

平均变化率呢可以理解为

平均速度 平均增长率 等等

我们可以画一个图来解释一下

Mean Value Theorem

这幅图中呢

我们也是画了一个函数

这个函数是在闭区间上连续

开区间内可微

那么 结论是说

一定能找到某一个点

它的切线的斜率

和整个这个曲线从起始到终点

所画的那条割线的斜率是一样的

刚才的平均值定理

Mean Value Theorem

它有很多变种 我们来看一看

Mean Value Theorem can also

be written in an alternative form

If x and x naught are in open interval (a,b)

Then f(x) equals f (x naught) plus

f prime xi times x minus x naught

for some xi in between x naught and x

这种写法也是平均值定理

只不过它就是把刚才的分式呢

化成等式的样子

还有一个中值定理

它的名字叫做柯西中值定理

Cauchy’s generalized mean value theorem

柯西中值定理啊

把刚才的平均值定理推广了

我们看一下它的陈述

if f(x) and g(x)

they are continuous

on the closed interval [a,b]

and they are both differentiable

on the open interval (a,b)

then there exists a point xi

in the open interval (a,b)

such that g prime xi times f(b) minus f(a)

equals f prime xi g(b) minus g(a)

同学们思考一下

柯西中值定理

在什么特殊的情况下

它就能够还原成

刚才我们说的平均值定理

也就是Mean Value Theorem

同学们

刚才我们讲了这几个定理

这几个定理啊

看起来呢有点儿抽象

但是呢仔细品味一下

又好像说的是常识

其实啊后面的很多证明啊

是需要这几个定理的

我们呢下面看一个简单的例子

来应用一下中值定理

好的请看这个例子

Example 2.4

Prove the inequality

Aabsolute value of

arc tangent a minus arc tangent b

less than or equal to

a minus b with absolute value

for all a b in R

要证明这样一个不等式

我们呢怎么应用平均值定理呢

同学们不妨先思考一下

好的 我们看一下答案 proof

it suffices to consider the case

that a is less than b

我们呢不妨假设a小于b

如果a大于b的话

证明是完全相仿的

By the Mean Value Theorem

也就是我们前面讲过的平均值定理

我们得到什么呢

there exists some point zeta

in (a,b)

such that

the absolute value of

arc tangent a minus arc tangent b

equals

the absolute value of f prime at zeta

times the absolute value of a minus b

当然这个公式啊

实际上就是我们刚才讲过的

Mean V alue T heorem heorem的

一个直接结果

好的 通过这个等式

我们能观察出什么呢

请看

it also equals to

one over one plus zeta square

times the absolute value a minus b

这是为什么呢

原来啊

我们这里把f取成了反正切函数

也就是f equals arc tangent x

所以呢

f 的导数就是

1除以1加上x平方

因此呢 这里出现了这样一个因子

好了 注意这个因子呢

分母是1加上zeta的平方

它会永远地比1大或者等于1

于是我们就可以得到

the above and plus that

arc tangent a minus arc tangent b

with absolute value

is less than or equal to

a minus b with absolute value

这样就证明了整个不等式

同学们

刚才这个例子告诉了我们

怎么使用MVT

也就是平均值定理

它也叫中值定理

那么中值定理

其中呢有很多的先决条件

如果其中某一个先决条件不成立

结论还对吗

这是一个很重要的问题

同学们一定要认真思考一下

看看如果破坏了先决条件的话

结论是不是还成立

同学们 这一讲中呢

我们介绍了高阶导数

还有几个不同形式的

微分中值定理

其中的这个中值定理啊

是微积分中非常重要的一个定理

在今后很多理论证明中呢

我们都要用到

好的 这节课就讲这么多

下堂课 我们将学习如何使用导数

来求某种特殊的极限

这就是洛必达法则

请同学们提前预习一下

好的 同学们我们下堂课再见

微积分-1课程列表:

Chapter 1 Numbers and Sets 数域与集合 (first part)

-Unit 1 Review of Real Numbers (回顾实数)

--Review of Real Numbers (回顾实数)

--Exercise1-1

-Unit 2 Exponentiations, Logarithms and Sets (指数、对数与集合)

--Exponentiations, Logarithms and Sets (指数、对数与集合)

--Exercise 1-2

-Unit 3 Limit Points, Open and Closed Sets (聚点、开集与闭集)

--Limit Points, Open and Closed Sets (聚点、开集与闭集)

--Exercise-1-3

Chapter 1 Numbers and Sets 数域与集合 (second part)

-Unit 4 Bounds and Completeness (有界性与完备性)

--Bounds and Completeness (有界性与完备性)

--Exercises-1-4

-Unit 5 Complex Number System, Algebraic and Transcendental Numbers (复数、代数数与超越数)

--Complex Number System, Algebraic and Transcendental Numbers (复数、代数数与超越数)

--Exercise-1-5

-章节测验1

--章节测试1

Chapter 2 Sequence 数列 (first part)

-Unit 1 Limit of a Sequence (数列的极限)

--Limit of a Sequence (数列的极限)

--Exercises-2-1

-Unit 2 Theorems on Limits of Sequences (数列极限定理)

--Theorems on Limits of Sequences (数列极限定理)

--Exercises-2-2

-Unit 3 Infinity and Bounded Monotone Sequences (无穷大和单调有界数列)

--Infinity and Bounded Monotone Sequences (无穷大和单调有界数列)

--Exercises-2-3

Chapter 2 Sequence 数列 (second part)

-Unit 4 Limit Superior and Limit Inferior (上极限和下极限)

--Limit Superior and Limit Inferior (上极限和下极限)

--Exercises-2-4

-Unit 5 Nested Intervals Theorem and Cauchy’s Convergence Criterion (区间套定理和柯西收敛准则)

--Nested Intervals Theorem and Cauchy’s Convergence Criterion (区间套定理和柯西收敛准则)

--Exercises-2-5

-章节测验2

--章节测试2

Chapter 3 Functions, Limits and Continuity 函数,极限与连续性(first part)

-Unit 1 Functions and Graphs (函数与图像)

--Functions and Graphs (函数与图像)

--Exercises-3-1

-Unit 2 Algebraic Function,Transcendental Functions and Inverse Trigonometric Functions (代数函数,超越函数与反三

-- Algebraic Function,Transcendental Functions and Inverse Trigonometric Functions(代数函数,超越函数与反三角函数)

--Exercises-3-2

-Unit 3 Hyperbolic Functions and Inverse Hyperbolic Functions (双曲函数与反双曲函数)

--Hyperbolic Functions and Inverse Hyperbolic Functions(双曲函数与反双曲函数)

--Exercises-3-3

-Unit 4 Maximum and Minimum, Increasing and Decreasing (极大值与极小值,单调增与单调减)

--Maximum and Minimum, Increasing and Decreasing (极大值与极小值,单调增与单调减)

--Exercises-3-4

Chapter 3 Functions, Limits and Continuity 函数,极限与连续性(second part)

-Unit 5 Limits of Functions (函数的极限)

--Limits of Functions(函数的极限)

--Exercises-3-5

-Unit 6 Infinity (无穷)

--Infinity (无穷)

--Exercises-3-6

-Unit 7 Theorems on Limits and Special Limits (极限相关定理与特殊极限)

--Theorems on Limits and Special Limits (极限相关定理与特殊极限)

--Exercises-3-7

Chapter 3 Functions, Limits and Continuity 函数,极限与连续性 (last part)

-Unit 8 Continuities (连续性)

--Continuity (连续性)

--Exercises-3-8

-Unit 9 Theorems on Continuity (关于连续性的定理)

--Theorems on Continuity (关于连续性的定理)

--Exercises-3-9

-Unit 10 Piecewise Continuity, Uniform Continuity, and Discontinuities (分段连续性, 一致连续性与不连续性)

--Piecewise Continuity, Uniform Continuity, and Discontinuities (分段连续性, 一致连续性与不连续性)

--Exercises-3-10

-Unit 11 Infinitesimals and Bounded Quantities (无穷小量与有界量)

--Infinitesimals and Bounded Quantities (无穷小量与有界量)

--Exercises-3-11

-章节测验3

--章节测试 3

Chapter 4 Derivatives 导数 (first part)

-Unit 1 Basics of Derivatives (导数基本定义)

--Basics of Derivatives (导数的基本定义)

--Exercise-4-1

-Unit 2 Differentiability on Intervals, Piecewise Differentiability and Differentials (区间上的可微性,逐段可微性与

--Differentiability on Intervals, Piecewise Differentiability and Differentials (区间上的可微性,逐段可微性与微分)

--Exercise-4-2

-Unit 3 Basic Methods of Differentiation (基本求导方法)

--Basic Methods of Differentiation (基本求导方法)

--Exercise-4-3

Chapter 4 Derivatives 导数 (second part)

-Unit 4 Derivatives of Commonly Used Functions (常见函数求导)

--Derivatives of Commonly Used Functions (常见函数求导)

--Exercise-4-4

-Unit 5 Higher Order Derivatives and Mean Value Theorem (高阶导数与中值定理)

--Higher Order Derivatives and Mean Value Theorem (高阶导数与中值定理)

--Exercise-4-5

-Unit 6 L'Hospital's Rules (洛必达法则)

-- L'Hospital's Rules (洛必达法则)

--Exercise-4-6

Chapter 4 Derivatives 导数 (last part)

-Unit 7 The First and Second Derivative Tests (导数判别法)

--The First and Second Derivative Tests (导数判别法)

-Unit 8 The Taylor Formula (泰勒公式)

--The Taylor Formula (泰勒公式)

--Exercise-4-8

-章节测验 4

--章节测试4

Chapter 5 Integrals 积分(first part)

-Unit 1 Definite Integrals and Numerical Methods (定积分与数值方法)

-- Definite Integrals and Numerical Methods (定积分与数值方法)

- Exercise 5-1

-Unit 2 Properties of the Definite Integrals and the Fundamental Theorem of Calculus (定积分的性质与微积分基本定理)

--Properties of the Definite Integrals and the Fundamental Theorem of Calculus (定积分的性质与微积分基本定理)

--Exercise-5-2

-Unit 3 Integrals of Elementary Functions and Integration by Substitution (初等函数的积分,换元法)

--Integrals of Elementary Functions and Integration by Substitution (初等函数的积分,换元法)

--Exercise-5-3

-Unit 4 Integration by Parts and Special Techniques(分部积分法与特殊技巧)

--Integration by Parts and Special Techniques(分部积分法与特殊技巧)

--Exercise-5-4

Chapter 5 Integrals 积分(second part)

-Unit 5 Integrations of Rational Fractions and Trigonometrical Rational Functions(有理分式函数与三角有理函数的积分)

-- Integrations of Rational Fractions and Trigonometrical Rational Functions(有理分式函数与三角有理函数的积分)

--Exercise-5-5

-Unit 6 Arc Length(弧长)

--Arc Length(弧长)

--Exercise-5-6

-Unit 7 Areas and Volumes(面积与体积)

--Areas and Volumes(面积与体积)

--Exercise-5-7

-章节测验5

--章节测试5

课程讲义

-课程讲义

Higher Order Derivatives and Mean Value Theorem (高阶导数与中值定理)笔记与讨论

也许你还感兴趣的课程:

© 柠檬大学-慕课导航 课程版权归原始院校所有,
本网站仅通过互联网进行慕课课程索引,不提供在线课程学习和视频,请同学们点击报名到课程提供网站进行学习。