当前课程知识点:微积分I > 第三章 导数与微分 > 3.4 函数的微分 > 3.4.1 微分的定义
同学们好
在现实中往往会出现一个量的变化
影响另外一个量的变化
其中就出现了函数增量的问题
对函数增量的计算直接按定义计算常常是困难的
因此人们希望找到一种计算
计算函数增量的简便方法
于是就产生了一个新的概念
微分
前面学习了函数的导数
微分是导数概念密切相关的一个概念
而通过对函数微分的研究
又进一步加深了对导数概念的认识
下面我们来看十六讲 微分的定义
先看一个实例
实例1
一圆形薄片受温度变化的影响
其半径由r 变化到r+Δr
问 此时圆心薄片的面积改变了多少
解
计算面积的增量
先假设圆形薄片面积为S
所论问题
实际是考虑面积函数s=πr ²在r 处的增量Δs
我们根据计算
Δs=π (r+Δr)²-πr ²
可以计算出
π〔r²+2rΔr +(Δ r)² 〕-πr²
最终整理可以计算为
2πrΔr+π(Δr)²
由增量的结构我们分析一下
由面积增量的形式ΔS=2πrΔr +π(Δr)+π(Δr)²
可以看出ΔS是由两部分组成
第一部分为2πrΔr
此式为Δr的线性函数部分
第二部分π(Δr)²
此处为Δr的高阶无穷小
当Δr→0时候
增量作用分析
取 r = 1 Δr = 0.01的时候
则有ΔS=2πrΔr+π(Δr)²
带入r 等于1
Δr 等于0.01
可以得出相应的值为0.02π+0.0001π≈0.02π
假设取r=1 Δr=0.001
则有ΔS带入r=1 Δr =0.001
可以计算出为ΔS为0.002π+0.000001π≈0.002π
由此可见
在计算ΔS的过程中
ΔS的线性部分2πrΔr=AΔr起着主要作用
而Δr 的高阶无穷小部分π倍Δr的完全平方
它的所有却很小
以至可以忽略不计
再如 例2
假设函数y=x³ 在点x₀处的改变量为Δx时
求函数的改变量Δy
Δy =(x₀+Δx)³-x₀³
可见它组成为
3x₀²Δx +3x₀(Δx)²+(Δx)³
由两部分组成
第一部分为3x₀²Δx 加上
第二部分为3x₀(Δx)²+(Δx)³
当|Δx| 很小的时候
第二部分是Δx 的高阶无穷小
所以Δy≈3X₀²Δx
此式
既容易计算又是较好的近似值
那下面就有一个问题
是否所有的Δy都能够分成两部分
一部分是Δx 的线性部分
其余的部分是Δx的
高阶无穷小
归纳与推理
由此例1
于是当|Δr|远远小于1的时候
可以近似计算公式
ΔS ≈AΔr
并且此时|ΔS-AΔr|等于Δr的高阶无穷小的绝对值
它远远小于|Δr|
因此我们可以猜想
对于一般的函数y =f(x)
且在任意点x 处的增量
Δy函数的终值与初值的差是否
可以表示如此形式
及是否也可以有
Δy≈AΔx+o(Δx)
并且此时|Δy-AΔx|=|o(Δx)|
如果这个猜想能够成立的话
那么函数的增量的计算将会变得简单容易的多
因此
基于前面的猜想
前人就总结了微分定义
二 微分的定义
定义
假设函数y=f(x)在某区间内有定义
x₀及x₀+Δx 均在该区间内
如果Δy=f(x₀+Δ x)-f(x₀)
当Δx→0时可以表示为Δy=AΔx +o(Δx)
其中A是仅依赖于x₀
而与Δx无关的常数
Δx的高阶无穷小
是比
Δx高阶的无穷小量
则称函数y =f(x)在点x₀处可微
并称AΔx为f(x)在点x₀
相应于自变量Δx的微分
记作
d(y) |ₓ=ₓ₀或者d(f)|ₓ=ₓ₀时
我们此时
y 在x=x₀处的微分dy=AΔx
y 在x=x₀处的微分dy=AΔx
由定义可知
Δy=f(x₀+Δx) -f(x₀)
也就是终值减初值
等于AΔx +o(Δx)
可以得出
dy 函数的微分是自变量的改变量Δx的线性函数
二 Δy -dy =o( Δx)
因为 此时Δy/dy 等于
1+ o(Δx)/AΔx
当Δx趋于零的时候
极限为1
三 当A≠0的时候
dy与Δy是等价无穷小
四 A是与Δx无关的常数
但与f(x)和x₀有无关
五 当|Δx|的绝对值很小的时候
当Δy≈dy函数在该处的微分即线性主部
思考一下
由微分的定义
如何计算函数在某一点的微分
其中A如何计算
(2) 函数的微分与函数的导函数有关系吗
(3) 函数在某点可微有什么条件
本讲
讲述的是函数的微分的有关的引入和概念
本小节结束
谢谢
-1.1 预备知识
--1.1.2本节作业
-1.2 函数的概念
--1.2.2 本节作业
-1.3 函数的基本特性
--1.3.2 本节作业
-1.4 反函数与复合函数
--1.4.2 本节作业
-1.5 基本初等函数与初等函数
--1.5.2 本节作业
-1.6 经济学中几个常见的函数
--1.6.2 本节作业
-第一章单元练习
--习题训练
-2.1 数列的极限
--2.1.3 本节作业
-2.2 函数的极限
--课堂思考
--2.2.4 本节作业
-2.3 无穷小量与无穷大量
--课堂思考
--2.3.4 本节作业
-2.4 极限的性质
--课堂思考
--2.4.4 本节作业
-2.5 两个重要极限
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--2.5.9 本节作业
-2.6 函数的连续性
--课堂思考
--2.6.6 本节作业
-第二章单元练习
--习题训练
-3.1 导数的概念
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--3.1.7 本节作业
-3.2 求导法则
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--课堂思考(三)
--3.2.8 本节作业
-3.3 高阶导数
--3.3.3 本节作业
-3.4 函数的微分
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--3.4.8本节作业
-3.5 导数与微分的简单应用
--3.5.4本节作业
-第三章单元练习
--习题训练
-4.1 中值定理
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--4.1.7 本节作业
-4.2 洛必达法则
--课堂思考
--4.2.4 本节作业
-4.3 函数的单调性与极值
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--4.3.5 本节作业
-4.4 函数的最值及应用
--4.4.3 本节作业
-4.5 函数曲线的凹凸性与拐点
--课堂思考
--4.5.4 本节作业
-4.6 函数的微分法作图
--课堂思考
--4.6.5 本节作业
-第四章单元练习
--习题训练
-5.1 不定积分的概念与性质
--5.1.4 本节作业
-5.2 换元积分法
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--5.2.5 本节作业
-5.3 分部积分法
--课堂思考
--5.3.2 本节作业
-5.4 有理函数的积分
--5.4.3 本节作业
-第五章单元练习
--习题训练

