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3.4.1 微分的定义在线视频

下一节:3.4.2 微分与导数的关系

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3.4.1 微分的定义课程教案、知识点、字幕

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

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

微积分I课程列表:

导言 课程介绍

-微积分简要介绍

第一章 函数

-1.1 预备知识

--1.1.1 实数简介

--1.1.2本节作业

-1.2 函数的概念

--1.2.1 函数的概念

--1.2.2 本节作业

-1.3 函数的基本特性

--1.3.1 函数的几个特性

--1.3.2 本节作业

-1.4 反函数与复合函数

--1.4.1 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

--1.5.1 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

--1.6.1 经济学中常见的几个函数

--1.6.2 本节作业

-第一章单元练习

--习题训练

--数学实验一 函数图形

第二章 极限与连续

-2.1 数列的极限

--2.1.1 数列极限的描述性定义

--2.1.2 数列极限的分析定义

--2.1.3 本节作业

-2.2 函数的极限

--2.2.1 函数在无穷远处的极限定义

--2.2.2 函数在一点处的极限定义

--课堂思考

--2.2.3 函数在一点处的单侧极限定义

--2.2.4 本节作业

-2.3 无穷小量与无穷大量

--2.3.1 无穷小量的定义及其性质

--2.3.2 无穷小量阶的比较

--课堂思考

--2.3.3 无穷大量的定义

--2.3.4 本节作业

-2.4 极限的性质

--2.4.1 极限的几个性质

--2.4.2 极限的四则运算法则

--课堂思考

--2.4.3 极限的四则运算法则的应用

--2.4.4 本节作业

-2.5 两个重要极限

--2.5.1 极限存在的两个准则(单调有界及两边夹)

--2.5.2 第一重要极限

--2.5.3 第一重要极限应用

--课堂思考(一)

--2.5.4 第二重要极限

--2.5.5 第二重要极限应用

--2.5.6 连续复利模型介绍

--课堂思考(二)

--2.5.7 常见等价无穷小量

--2.5.8 等价无穷小量的代换求极限

--2.5.9 本节作业

-2.6 函数的连续性

--2.6.1 函数连续的定义

--2.6.2 第一类间断点

--2.6.3 第二类间断点

--课堂思考

--2.6.4 连续函数的四则运算与复合运算性质及应用

--2.6.5 最值定理及介值定理

--2.6.6 本节作业

-第二章单元练习

--习题训练

--数学实验二 求极限

第三章 导数与微分

-3.1 导数的概念

--3.1.1 导数定义的引例

--3.1.2 导数的定义

--3.1.3 导数的几何意义

--课堂思考(一)

--3.1.4 可导与连续的关系

--3.1.5 利用定义求函数的导数

--3.1.6 分段函数的导数

--课堂思考(二)

--3.1.7 本节作业

-3.2 求导法则

--3.2.1 导数的四则运算(1)

--3.2.2 导数的四则运算(2)

--课堂思考(一)

--3.2.3 反函数的导数

--3.2.4 复合函数的求导法则

--3.2.5 复合函数的求导示例

--课堂思考(二)

--3.2.6 隐函数的导数

--3.2.7 对数求导法

--课堂思考(三)

--3.2.8 本节作业

-3.3 高阶导数

--3.3.1 高阶导数

--3.3.2 几个常见函数高阶导数

--3.3.3 本节作业

-3.4 函数的微分

--3.4.1 微分的定义

--3.4.2 微分与导数的关系

--3.4.3 微分的几何意义

--课堂思考(一)

--3.4.4 微分的四则运算

--3.4.5 微分的复合运算规则

--3.4.6 微分的复合运算规则的应用

--课堂思考(二)

--3.4.7 微分的应用近似计算

--3.4.8本节作业

-3.5 导数与微分的简单应用

--3.5.1 边际分析

--3.5.2 弹性分析

--3.5.3 经济学中常见的几个弹性

--3.5.4本节作业

-第三章单元练习

--习题训练

--数学实验三 求导数

第四章 中值定理与导数的应用

-4.1 中值定理

--4.1.1 费马引理

--4.1.2 罗尔中值定理

--4.1.3 罗尔中值定理的应用

--课堂思考(一)

--4.1.4 拉格朗日中值定理

--4.1.5 拉格朗日中值定理的应用

--4.1.6 柯西中值定理

--课堂思考(二)

--4.1.7 本节作业

-4.2 洛必达法则

--4.2.1 洛必达法则--0/0型

--4.2.2 洛必达法则--∞/∞型

--课堂思考

--4.2.3 洛必达法则--其他型

--4.2.4 本节作业

-4.3 函数的单调性与极值

--4.3.1 函数的单调性判定

--4.3.2 函数的单调性应用

--课堂思考(一)

--4.3.3 函数的极值--第一判定法

--4.3.4 函数的极值--第二判定法

--课堂思考(二)

--4.3.5 本节作业

-4.4 函数的最值及应用

--4.4.1 连续函数最值求法

--4.4.2 最值的应用

--4.4.3 本节作业

-4.5 函数曲线的凹凸性与拐点

--4.5.1 函数的曲线的凹凸性的定义

--4.5.2 函数的曲线的凹凸性的判定

--课堂思考

--4.5.3 拐点的定义及其求法

--4.5.4 本节作业

-4.6 函数的微分法作图

--4.6.1 函数曲线的水平渐近线

--4.6.2 函数曲线的竖直渐近线

--4.6.3 函数曲线的斜渐近线

--课堂思考

--4.6.4 微分法作图

--4.6.5 本节作业

-第四章单元练习

--习题训练

--数学实验四 求函数最值

第五章 不定积分

-5.1 不定积分的概念与性质

--5.1.1 原函数的概念

--5.1.2 不定积分的概念及性质

--5.1.3 基本初等函数的积分公式

--5.1.4 本节作业

-5.2 换元积分法

--5.2.1 第一换元积分法(一)

--5.2.2 第一换元积分法(二)

--课堂思考(一)

--5.2.3 第二换元积分法(一)

--5.2.4 第二换元积分法(二)

--课堂思考(二)

--5.2.5 本节作业

-5.3 分部积分法

--5.3.1 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

--5.4.1 真分式的分解

--5.4.2 最简分式的积分

--5.4.3 本节作业

-第五章单元练习

--习题训练

--数学实验五 求不定积分

拓展阅读

-1 函数建模应用

-2 极限建模应用

-3 导数建模应用

-4 函数极值建模应用

-5 不定积分建模应用

3.4.1 微分的定义笔记与讨论

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