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 >  3.4.7 微分的应用近似计算

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3.4.7 微分的应用近似计算在线视频

下一节:3.5.1 边际分析

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3.4.7 微分的应用近似计算课程教案、知识点、字幕

前面我们已经学习了

微分的计算和微分的应用

那么微分还有其他的应用吗

我们现在来看第二十二讲

微分的近似计算

由前面的实例我们知道

微分的引入源于增量的计算

我们先回顾一下相关的实例

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 +Δ r

问 此时圆形薄片的面积改变了多少

由前面的求解

我们知道

假设圆形薄片的面积为S

面积函数S=πr²

在r处的增量假设为Δs

我们可以得出

ΔS=π(r+Δr)²-π r²

整理可以得出 2πr*Δr+π(Δr)²

取r=1 Δr=0.01的时候

则有ΔS的改变量

近似约等于0.02π

由此可见

面积的改变量的值

可近似的由线性部分2πr*Δr

及A*Δr来表示

而函数y=f(x)

如果在点x₀ 处可微

则其在点x₀ 的微分

等于A*Δx

其中

当x≈x₀的时候

我们可以写成

dy=f'(x₀)dx

由此可见

微分可以近似计算函数的增量

那我们看一下

微分在近似计算中的应用

如果y=f(x) 在点x₀处的导数值为f'(x₀)≠0

并且当自变量改变量|Δx|很小的时候

就有函数在x=x₀处的改变量

等于终值减初值

约等于函数在该点处的微分

f'(x₀)*Δx

基于此式

可以求函数f(x) 在点x=x₀附近的近似值

即 f(x₀+Δx) ≈f(x₀)+f'(x₀)*Δx

如果我们令x=x₀+Δx

则 x-x₀=Δx

原式就可以改为f(x) ≈f(x₀)+f'(x₀)*(x-x₀)

第二 当我们的x取特殊的数字0的时候

可以求f(x) 在点x=0附近的近似值

令x₀=0 则Δx=x

所以f(x)≈f(0)+f'(0)*x

我们由微分的近似计算公式

当x≈x₀的时候

f(x)≈f(x₀)+f'(x₀)*(x-x₀)

应用一下来计算一下近似值

例1

假设半径为10厘米的金属圆片加热后

半径伸长了0.05厘米

问面积增大了多少

解 圆的面积S为πr ²

当r = 10厘米

Δr改变量为0.05厘米的时候

基于前面的计算公式 我们ΔS≈ds

也就是2πr*Δr

代入r=10 Δr=0.05得出π

因此

此面积增大了π平方厘米

又我们在计算中

往往容易遇上一些不容易计算的数

那也可以借用微分的近似计算

来计算相应的数

例如

我们知道

三角函数中特殊三角函数的函数值

但是非特殊的函数值又是怎么计算呢

例如2

计算 cos 60°30' 的近似值

60°的余弦我们是知道的

假设cos 60°30' 是函数f(x) =cosx

在x₀等于60°的时候增量为30'

得出来的近似值

所以假设f(x) =cosx

求出它相应的导函数为-sin x

其中x为弧度值

便于计算

我们求出f(x)在π/3的值f(π/3)

也就是cosπ/3=1/2

f(x) 在π/3的导数值

也就是-sinπ/3=-√3/2

角度的改变量Δx转化为弧度值为

π/360

所以 cos 60°30' 可以转换成

cos(π/3 +π/360)

那它的近似计算就可以转化成

cosπ/3-sinπ/3* π/360

利用的f(x₀)+f'(x₀)*Δx

代入相应的值得出为

1/2-√3/2*π/360 ≈0.4924

我们通过近似计算出 cos 60°30' 的近似值

那它的精确值是多少

为0.49242356

可以看出

近似值和精确值相差无几

所以我们可以用微分来求近似值

特别的

f(x) 当x的绝对值很小的时候

f(x) ≈f(0)+f'(0)*x

由此式可以推出常用的计算公式

其中常用的计算公式都是

当x的绝对值很小的时候

第一个

e ˣ ≈1+x

我们来证明一下

假设函数为f(x) =e ˣ

f(x)的一阶导函数仍然是e ˣ

当x取0的时候

一阶导数值和函数值分别为1和1

所以e ˣ就约等于

f(x) 在0的值加上f'(x)在0的值乘上改变量X

所以 因此e ˣ≈1+x

同理可以得出

(1+x) ᵃ≈1+ax

ln(1+x)≈x

sinx≈x 其中x为弧度制

tan x≈x

x也为弧度制

cos x≈1-x²/2

其中x也是弧度制

上式印证了前面x趋于0的时候

上式中左右等价的关系

所以大家回顾一下当x趋于0的时候

上式两边是不等价的呀

下面再应用一下 例3

计算下列各数的近似值

(1) ³√998.5

(2) e⁻ ⁰˙ ⁰³

解 第一个求 ³√998.5

因为这个是三次方根的问题 是幂的问题

所以因此如果应用求近似值的公式的话

我们应该运用的是

(1+x) ᵃ≈1+ax

因为a=1/3

就应用的是³√(1+x)≈1+x/3

将³√998.5转化为

³√(1+x)

那如何转换呢

998.5可以转化成1000-1.5

然后提取1000出来就转换成

³√1000*(1-1.5/1000)

把1000开三次方根拿出来

就转换成10³√(1-0.0015)

这就转换成一个³√(1+x)

其中 x为-0.0015

代相应的近似计算公式

约等于值为9.995

精确值为9.994997

那可见精确值和近似值很接近

e ⁻⁰˙⁰³

按照公式应该套用的是

eˣ ≈1+x

所以e ⁻⁰˙⁰³≈1-0.03=0.97

而相应的精确值为0.97044

可见近似值和精确值很接近

由此来看

微分的近似计算

可以求出相应的近似值和精确值很接近

但是在上述的应用过程中

要求的是x≈0

也就是说

x要很微小

那我们总结一下本小节主要是

微分的近似计算

也就是利用微分来近似计算一些

不常见的计算

那常用的这个公式一个是

计算f (x) 在点 x=x₀ 附近的近似值

运用的是

f(x₀+Δx) ≈ f(x₀)+ f'(x₀) * Δx

其中Δx改变量很微小

或者可以写成f(x) ≈ f(x₀)+ f'(x₀) * (x-x₀)

其中x≈x₀

2 求 f (x) 在点 x=0 附近的近似值

相应的公式就转化为

f(x) ≈ f(0)+ f'(0) * x

微分在近似计算是微分的一个应用

此应用做一个理解

好本小结微分在近似计算讲到这里

谢谢

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

3.4.7 微分的应用近似计算笔记与讨论

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