Рефетека.ру / Математика

Контрольная работа: Производная и ее применение для решения прикладных задач

Министерство образования и науки Украины

Министерство образования и науки АР Крым

Малая академия наук школьников Крыма «Искатель»


Секция математики

Керченский городской филиал


Производная и ее применение для решения прикладных задач


Работу выполнил:

Коваленко Александр,

учащийся 11-Б класса

керченского учебно-воспитательного

комплекса общеобразовательной

школы

I-II ступеней- морской технический лицей

Научный руководитель:

Герасимова Валентина Леонидовна,

учитель математики,

учитель-методист

КУВК ош – МТЛ


Керчь 2008

Содержание


Введение

1. Производная и ее применение для решения прикладных задач

1.1 Исторические сведения

1.2 Понятие производной, ее геометрический и физический смысл

1.3 Дифференциал

2. Перечень прикладных задач

3. Примеры решения прикладных задач

Исследование функций и построение их графиков.

3.2 Нахождение наибольшего и наименьшего значения функции, решение прикладных задач (задач на оптимум).

3.3 Определение периода функции

3.4 Нахождение приближенных значений функции

3.5 Нахождение величины угла между прямыми и кривыми.

3.6 Разложение на множители и упрощение выражений.

3.7 Вычисление суммы

3.8 Сравнение чисел и доказательство неравенств

3.9 Решение неравенств

3.10 Доказательство тождеств

3.11. Решение уравнений

3.12 Решение систем уравнений

3.13 Отбор кратных корней уравнения

3.14 Вычисление пределов функции с помощью правила Лопиталя

3.15 Решение физических задач, связанных с нахождением скорости, ускорения и т.д.

3.16 Решение экономических задач

3.17 Разложение функций в ряд с помощью формулы Тейлора

3.18 Задача о линеаризации функции

Заключение

Список литературы


Введение


Из всех теоретических успехов знания вряд

ли какой-нибудь считается столь высоким три-

умфом человеческого духа, как изобретение ис-

числения бесконечно малых во второй половине

XVII века.

Ф. Энгельс


Тема исследовательской работы выбрана не случайно, поскольку применение производной позволяет более эффективно решать многие задачи повышенной сложности. Применение производной для решения задач требует от учащихся нетрадиционного мышления. Следует отметить, что знание нестандартных методов и приемов решения задач способствует развитию нового, нешаблонного мышления, которое можно успешно применять также и в других сферах человеческой деятельность (вычислительная техника, экономика, физика, химия и т.д.) Это доказывает актуальность данной работы.

Целью работы было: изучение применения производной для решения задач по алгебре и началам анализа, физике, экономике; углубление и расширение знаний по теме «Производная».При изучении изменяющихся величин очень часто возникает вопрос о скорости, о быстроте происходящего изменения. Так мы говорим о скорости движения самолета, поезда, автобуса, ракеты, о скорости падения камня, вращения шкива и т.д. Можно говорить о скорости выполнения определенной работы, о скорости протекания химической реакции, о быстроте роста населения в данном городе. О скорости можно говорить по отношению к любой величине, которая изменяется с течением времени. Для всего этого используется понятие производной.

Физические производные величины:

υ(t) = х/(t) – скорость

a (t)=υ/ (t) - ускорение

J (t) = q/(t) - сила тока

C(t) = Q/(t) - теплоемкость

d(l)=m/(l) - линейная плотность

K (t) = l/(t) - коэффициент линейного расширения

ω (t)= φ/(t) - угловая скорость

а (t)= ω/(t) - угловое ускорение

N(t) = A/(t) - мощность

Дифференциальное исчисление широко применяется для экономического анализа как математический аппарат. В экономике очень часто требуется найти наилучшее или оптимальное значение показателя: наивысшую производительность труда, максимальную прибыль, максимальный выпуск, минимальные издержки и т. д. Каждый показатель представляет собой функцию от одного или нескольких аргументов. Таким образом, нахождение оптимального значения показателя сводится к нахождению экстремума функции.

Производная в экономических формулах:

П (t) = υ / (t) - производительность труда,

где υ (t) - объем продукции

J(x) = y / (x) - предельные издержки производства,

где y– издержки производства в зависимости от объема выпускаемой продукции x.

В работе рассмотрены прикладные задачи, способы решения которых можно использовать для решения нестандартных задач по алгебре и началам анализа, при подготовке к государственной итоговой аттестации, внешнему независимому оцениванию. Достаточно большое число задач раскрывают потенциальные возможности анализа бесконечно малых величин.

1. Производная и ее применение для решения прикладных задач


1.1 Исторические сведения


Ряд задач дифференциального исчисления был решен еще в древности. Они встречались у Евклида. Ряд таких задач был решен Архимедом, разработавшим способ проведения касательной, примененный им к спирали, но применимый для других кривых. Основное понятие дифференциального исчисления – понятие производной – возникло в XVII в. В связи с необходимостью решения ряда задач из физики, механики и математики. Дифференциальное исчисление было создано Ньютоном и Лейбницем на основе двух задач: 1) о разыскании касательной к произвольной линии2) о разыскании скорости при произвольном законе движенияЕще раньше понятие производной встречалось в работах итальянского математика Тартальи (около 1500 - 1557 гг.) - здесь появилась касательная в ходе изучения вопроса об угле наклона орудия, при котором обеспечивается наибольшая дальность полета снаряда. В 17 веке на основе учения Г.Галилея о движении активно развивалась кинематическая концепция производной. Различные изложения стали встречаться в работах у Декарта, французского математика Роберваля, английского ученого Л. Грегори. Большой вклад в изучение дифференциального исчисления внесли Лопиталь, Бернулли, Лагранж, Эйлер, Гаусс.


Производная и ее применение для решения прикладных задачПроизводная и ее применение для решения прикладных задач1.2 Понятие производной, ее геометрический и физический смысл


Понятие производной

Пусть y = f(x) есть непрерывная функция аргумента x, определенная в промежутке (a; b), и пусть х0 - произвольная точка этого промежутка

Дадим аргументу x приращение ∆x, тогда функция y = f(x) получит приращение ∆y = f(x + ∆x) - f(x). Предел, к которому стремится отношение ∆y / ∆x при ∆x → 0, называется производной от функции f(x).


y'(x)=Производная и ее применение для решения прикладных задач


Геометрический смысл производной состоит в том, что она равна угловому коэффициенту касательной. Рассмотрим график функции Производная и ее применение для решения прикладных задач (рис.). Видно,

что Производная и ее применение для решения прикладных задач, т.е. это отношение равно угловому

коэффициенту секущей mm. Если Производная и ее применение для решения прикладных задач, то секущая,

поворачиваясь вокруг точки М, в пределе переходит в

касательную Производная и ее применение для решения прикладных задач, так как касательная является предельным

положением секущей, когда точки пересечения сливаются.

Таким образом,Производная и ее применение для решения прикладных задач Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Уравнение касательной

Производная и ее применение для решения прикладных задач, где Производная и ее применение для решения прикладных задач- координаты точки касания, а Производная и ее применение для решения прикладных задач- текущие координаты точки касательной прямой.

Физический смысл производной заключается в скорости изменения функции.

Пусть s = s(t) — закон прямолинейного движения. Тогда v(t0) = s'(t0) выражает мгновенную скорость движения в момент времени t0. Вторая производная a(t0) = s''(t0) выражает мгновенное ускорение в момент времени t0.Вообще производная функции y = f(x) в точке x0 выражает скорость изменения функции в точке x0, то есть скорость протекания процесса, описанного зависимостью y = f(x).


13 Дифференциал


Пусть дана функция Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач- внутренняя точка её области определения. Придадим аргументу приращение Производная и ее применение для решения прикладных задач и рассмотрим приращение функции Производная и ее применение для решения прикладных задач

Если это приращение Производная и ее применение для решения прикладных задач можно представить в виде Производная и ее применение для решения прикладных задач где величина Производная и ее применение для решения прикладных задач не зависит от приращенияПроизводная и ее применение для решения прикладных задач, а Производная и ее применение для решения прикладных задач - бесконечно малая при Производная и ее применение для решения прикладных задач величина, имеющая больший порядок малости, чем Производная и ее применение для решения прикладных задач, то произведение Производная и ее применение для решения прикладных задач называется дифференциалом функции Производная и ее применение для решения прикладных задач в точке Производная и ее применение для решения прикладных задач и обозначается Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Перечень прикладных задач:

-составление уравнения касательной к графику функции;

-нахождение угла между пересекающимися прямыми, между графиками функций;

-исследование и построение графиков функций;

-решение задач на оптимум;

-преобразование алгебраических выражений;

-разложение многочлена на множители;

-доказательство тождеств;

-вычисление сумм;

-решение уравнений;

-приближенные вычисления и оценка погрешностей;

-доказательство неравенств и тождеств;

-решение систем уравнений;

-решение задач с параметрами;

-отбор кратных корней уравнения;

-сравнение величин;

-определение периода функции;

-нахождение пределов функции с помощью правила Лопиталя;

-разложение функций в ряд с помощью формулы Тейлора;

-приближенное решение уравнений методом проб, хорд и касательных;

-линеаризация алгебраических функций и многое другое.


3. Примеры решения прикладных задач


Исследование функций и построение их графиков


Пример 1

Исследовать и построить график функции


Производная и ее применение для решения прикладных задач


Решение.

Функция существует для всех Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Функция не является ни четной, ни нечетной,

так как

Производная и ее применение для решения прикладных задачПроизводная и ее применение для решения прикладных задач

,


то есть Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач.

В точке х=0 функция имеет разрыв в точке х=0.

При этом Производная и ее применение для решения прикладных задачПроизводная и ее применение для решения прикладных задач

Находим производную: Производная и ее применение для решения прикладных задач и приравниваем ее к нулю:

Производная и ее применение для решения прикладных задач. Точка Производная и ее применение для решения прикладных задач будет критической.

Проверим достаточные условия экстремума в точке Производная и ее применение для решения прикладных задач. Так как знаменатель производной всегда положителен, то достаточно проследить за знаком числителя. Получаем: Производная и ее применение для решения прикладных задач при Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач при Производная и ее применение для решения прикладных задач. Следовательно, в точке Производная и ее применение для решения прикладных задач функция имеет минимум, ее значение в точке Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Точек пересечения с осью ОY нет, так как данная функция не определена при х=0. Чтобы найти точки пересечения кривой с осью ОХ, нужно решить уравнение Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Тогда Производная и ее применение для решения прикладных задач или Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Получим, что при Производная и ее применение для решения прикладных задач функция убывает; х=Производная и ее применение для решения прикладных задач y=0; Производная и ее применение для решения прикладных задач функция убывает; при Производная и ее применение для решения прикладных задач функция убывает; при х=Производная и ее применение для решения прикладных задач функция имеет минимум y=3; при Производная и ее применение для решения прикладных задач функция возрастает.

График данной функции представлен на рисунке.

Кривая, рассмотренная в этой задаче называется «Трезубец Ньютона».


3.2 Нахождение наибольшего и наименьшего значения функции, решение прикладных задач (задач на оптимум)


Пример 1

Из бревна, имеющего радиус R, сделать балку наибольшей прочности.

Решение:

Составляем функцию, выражающую необходимое условие.

В данной задаче высота балки (представляющей собой прямоугольник, вписанный в окружность радиуса R и ширины х), равна Производная и ее применение для решения прикладных задач. Поэтому прочность такой балки равна Производная и ее применение для решения прикладных задач. При этом х изменяется от 0 до 2R.

Функция Производная и ее применение для решения прикладных задач обращается в нуль при х=0 и х=2R и положительна между этими значениями. Значит она имеет максимум, лежащий между 0 и 2R. Но производная этой функции Производная и ее применение для решения прикладных задач обращается в нуль на отрезке Производная и ее применение для решения прикладных задач лишь при Производная и ее применение для решения прикладных задач. Это и есть оптимальное значение ширины b балки. Высота h балки такой ширины равна Производная и ее применение для решения прикладных задач и отношение Производная и ее применение для решения прикладных задач равно Производная и ее применение для решения прикладных задач. Именно такое отношение высоты вытесываемой балки к ее ширине предписывается правилами производства строительных работ.

Пример 2

Требуется построить открытый цилиндрический резервуар вместимостью Производная и ее применение для решения прикладных задач. Материал имеет толщину d. Какими должны быть размеры резервуара (радиус основания и высота), чтобы расход материала был наименьшим?

Решение.

Радиус основания внутреннего цилиндра обозначим через х, высоту внутреннего цилиндра через h. Объем дна и стенки резервуара


Производная и ее применение для решения прикладных задач


С другой стороны, по условию Производная и ее применение для решения прикладных задач, откуда Производная и ее применение для решения прикладных задач

Подставляя в (*), находим


Производная и ее применение для решения прикладных задач


Полученную функцию Производная и ее применение для решения прикладных задач нужно исследовать на экстремум при х>0:


Производная и ее применение для решения прикладных задач

Единственный положительный корень производной – это точка Производная и ее применение для решения прикладных задач Она и дает решение задачи. При этом Производная и ее применение для решения прикладных задач


3.3 Определение периода функции


Пример 1.

Является ли периодической функция Производная и ее применение для решения прикладных задач?

Решение

Воспользуемся следующим утверждением: если дифференцируемая в каждой точке числовой прямой функция имеет период Т, то ее производная также имеет период Т.

Предположим, что данная функция Производная и ее применение для решения прикладных задач является периодической с периодом Т. Применяя формулу

Производная и ее применение для решения прикладных задач,

получаем

Производная и ее применение для решения прикладных задач где Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Имеем


Производная и ее применение для решения прикладных задач


Поскольку по предположению функция Производная и ее применение для решения прикладных задач имеет период Т, то функция Производная и ее применение для решения прикладных задач, а следовательно, и функция Производная и ее применение для решения прикладных задач также имеют период Т.

Значит, и функция Производная и ее применение для решения прикладных задач

Также имеет период Т. Отсюда следует, что существует число Производная и ее применение для решения прикладных задач, Производная и ее применение для решения прикладных задач, такое, что Т=Производная и ее применение для решения прикладных задач. Аналогично показывается, что существует число Производная и ее применение для решения прикладных задач, такое, что Т=Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Но тогда Производная и ее применение для решения прикладных задач

т.е. число Производная и ее применение для решения прикладных задач является рациональным, что неверно. Следовательно данная функция НЕ является периодической.


3.4 Нахождение приближенных значений функции


Пример 1.

Найти приращение и дифференциал функции в точке х=2 при Производная и ее применение для решения прикладных задач и при Производная и ее применение для решения прикладных задач. Найдите абсолютную и относительные погрешности, которые мы допускаем при замене приращения функции ее дифференциалом.

Решение


Производная и ее применение для решения прикладных задач

При х=2 и Производная и ее применение для решения прикладных задач имеем

Производная и ее применение для решения прикладных задач


Абсолютная погрешность Производная и ее применение для решения прикладных задач

Относительная погрешность Производная и ее применение для решения прикладных задач то есть относительная погрешность будет около 4%.

При х=2 и Производная и ее применение для решения прикладных задач имеем

Производная и ее применение для решения прикладных задач

Абсолютная погрешность Производная и ее применение для решения прикладных задач а относительная погрешность Производная и ее применение для решения прикладных задач то есть относительная погрешность будет уже около 0,4%.

Пример 2

Пользуясь понятием дифференциала функции вычислите приближенно изменение, претерпеваемое функцией Производная и ее применение для решения прикладных задач при изменении х от значения 5 к значению 5,01.

Решение.

В данном случае будем считать х=5, а Производная и ее применение для решения прикладных задач. Изменение функции

Производная и ее применение для решения прикладных задач


3.5 Нахождение величины угла между прямыми и кривыми.


Углом между графиками функций Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач в точке их пересечения называется угол между касательными к их графикам в этой точке (рис.).

Пример 1.

Найти угол между графиками функций Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач

в точке их пересечения (с положительной абсциссой).

Решение.

Абсциссы точек пересечения данных графиков удовлетворяют уравнению


Производная и ее применение для решения прикладных задач

И тем самым следующей системе: Производная и ее применение для решения прикладных задач


Отсюда находим, что графики функций пересекаются в двух точках, абсциссы которых равны 0 и 2. Найдем тангенсы углов наклона касательных к обоим графикам функций в точке с абсциссой, равной 2. Имеем


Производная и ее применение для решения прикладных задач


Отсюда Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач Так как Производная и ее применение для решения прикладных задач, то уравнения касательных к графикам функций Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач в точке (2;2) соответственно имеют вид


Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач


т.е.


Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач


Следовательно величина угла Производная и ее применение для решения прикладных задач между касательными удовлетворяют уравнению


Производная и ее применение для решения прикладных задач

и тем самым графики функций Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач в точке с абсциссой х=2 пересекаются под углом, равным Производная и ее применение для решения прикладных задач


3.6 Разложение на множители и упрощение выражений.


Пример 1.

Разложить на множители выражение


Производная и ее применение для решения прикладных задач.


Решение:

Считая х переменной величиной, рассмотрим функцию Производная и ее применение для решения прикладных задач. Имеем Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Так как Производная и ее применение для решения прикладных задач,

то отсюда заключаем, что


Производная и ее применение для решения прикладных задач.


Получаем Производная и ее применение для решения прикладных задач, где С не зависит от х, но зависит от y и z.

Так как последнее равенство верно при любом х, то, полагая, например, в нем х=0 и учитывая, что Производная и ее применение для решения прикладных задач, найдем Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Таким образом,


Производная и ее применение для решения прикладных задач

Итак, Производная и ее применение для решения прикладных задач=Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Пример 2.

Упростить выражение


Производная и ее применение для решения прикладных задач


Решение

Считая х переменной величиной, рассмотрим функцию


Производная и ее применение для решения прикладных задач


Тогда, дифференцируя ее, имеем


Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Отсюда находим, что Производная и ее применение для решения прикладных задач, где С не зависит от х, но может зависеть

от y и z. Полагая, например, х=0, получаем


Производная и ее применение для решения прикладных задач.


Поскольку Производная и ее применение для решения прикладных задач, то С=0.

Следовательно, Производная и ее применение для решения прикладных задач.


3.7 Вычисление суммы


Пример 1.

Найти сумму


Производная и ее применение для решения прикладных задач

Решение:

Пусть Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Так как

Производная и ее применение для решения прикладных задач,

Производная и ее применение для решения прикладных задач, то

Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Поскольку Производная и ее применение для решения прикладных задачесть сумма первых Производная и ее применение для решения прикладных задач членов геометрической прогрессии со знаменателем х, Производная и ее применение для решения прикладных задач, то


Производная и ее применение для решения прикладных задач.


Так как Производная и ее применение для решения прикладных задач, то


Производная и ее применение для решения прикладных задач

Производная и ее применение для решения прикладных задач


3.8 Сравнение чисел и доказательство неравенств


При доказательстве неравенств или для сравнения двух чисел полезно перейти к общему функциональному неравенству.

Пример 1.

Сравнить Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Решение.

Рассмотрим функцию Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Так как


Производная и ее применение для решения прикладных задач,

Производная и ее применение для решения прикладных задач,


То функция Производная и ее применение для решения прикладных задач возрастает на интервале Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Таким образом,


Производная и ее применение для решения прикладных задач


И, следовательно, Производная и ее применение для решения прикладных задач<Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Пример 2.

Какое из чисел больше: Производная и ее применение для решения прикладных задач или Производная и ее применение для решения прикладных задач?

Решение.

Рассмотрим функцию Производная и ее применение для решения прикладных задач Так как Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач при Производная и ее применение для решения прикладных задач то функция Производная и ее применение для решения прикладных задач возрастает на множестве всех действительных чисел. Поэтому Производная и ее применение для решения прикладных задач, т.е. Производная и ее применение для решения прикладных задач

Пример 3.

Докажите, что Производная и ее применение для решения прикладных задач при Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Доказательство:

Рассмотрим функцию Производная и ее применение для решения прикладных задач при Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач.

При Производная и ее применение для решения прикладных задач, Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Находим Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач:Производная и ее применение для решения прикладных задач; Производная и ее применение для решения прикладных задач;


Производная и ее применение для решения прикладных задач;


Производная и ее применение для решения прикладных задачПроизводная и ее применение для решения прикладных задач. В точке Производная и ее применение для решения прикладных задач Производная и ее применение для решения прикладных задач=6, то есть Производная и ее применение для решения прикладных задач имеет минимум, равный Производная и ее применение для решения прикладных задач. При Производная и ее применение для решения прикладных задач функция Производная и ее применение для решения прикладных задач убывает от Производная и ее применение для решения прикладных задач до Производная и ее применение для решения прикладных задач, а при Производная и ее применение для решения прикладных задач Производная и ее применение для решения прикладных задач, то есть функция возрастает. При Производная и ее применение для решения прикладных задач Производная и ее применение для решения прикладных задач, что и доказывает неравенство.


3.9 Решение неравенств


Пример 1.

Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Решение

Найдем участки возрастания и убывания функции Производная и ее применение для решения прикладных задач. Производная Производная и ее применение для решения прикладных задач этой функции равна Производная и ее применение для решения прикладных задач. Так как дискриминант квадратного трехчлена Производная и ее применение для решения прикладных задач является отрицательным числом и коэффициент при Производная и ее применение для решения прикладных задач этого квадратного трехчлена больше нуля, то для каждого действительного х имеем неравенство Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Таким образом, функция Производная и ее применение для решения прикладных задач является непрерывной и возрастающей на всей числовой прямой; поэтому ее график может пересекать ось ОХ только в одной точке. Учитывая, что Производная и ее применение для решения прикладных задач, заключаем, что решениями данного неравенства являются все числа х из промежутка Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Пример 2.

Докажите неравенство Производная и ее применение для решения прикладных задач(при Производная и ее применение для решения прикладных задач).

Доказательство.

При х=0 неравенство справедливо.

Рассмотрим функцию Производная и ее применение для решения прикладных задач и найдем ее производную:

Производная и ее применение для решения прикладных задач Производная обращается в нуль при Производная и ее применение для решения прикладных задач

При Производная и ее применение для решения прикладных задач то есть функция монотонно убывает. При Производная и ее применение для решения прикладных задач то есть функция монотонно возрастает. При Производная и ее применение для решения прикладных задач функция имеет минимум, равный нулю.

Таким образом, при Производная и ее применение для решения прикладных задач Производная и ее применение для решения прикладных задач значит Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Пример 3.

Доказать, что при Производная и ее применение для решения прикладных задач имеет место неравенство Производная и ее применение для решения прикладных задач

Решение.

Найдем участки возрастания и убывания функции

Производная и ее применение для решения прикладных задач

Так как Производная и ее применение для решения прикладных задачто

Производная и ее применение для решения прикладных задач при Производная и ее применение для решения прикладных задач

Производная и ее применение для решения прикладных задач при Производная и ее применение для решения прикладных задач

Производная и ее применение для решения прикладных задач при Производная и ее применение для решения прикладных задач

Функция Производная и ее применение для решения прикладных задач непрерывна на Производная и ее применение для решения прикладных задач поэтому она возрастает на отрезке Производная и ее применение для решения прикладных задач и убывает на промежутке Производная и ее применение для решения прикладных задач Отсюда заключаем, что точка Производная и ее применение для решения прикладных задач является точкой локального максимума функции Производная и ее применение для решения прикладных задач (рис.).

Так как Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач то неравенство доказано.

3.10 Доказательство тождеств


Пример 1.


Производная и ее применение для решения прикладных задач


Решение

Рассмотрим функцию


Производная и ее применение для решения прикладных задач.


При х=1 имеем Производная и ее применение для решения прикладных задач. Пусть Производная и ее применение для решения прикладных задач; тогда


Производная и ее применение для решения прикладных задач и

Производная и ее применение для решения прикладных задач


Поэтому Производная и ее применение для решения прикладных задачследовательно, функция Производная и ее применение для решения прикладных задач при Производная и ее применение для решения прикладных задач является тождественно равной постоянной. Чтобы найти эту постоянную, вычислим, например, Производная и ее применение для решения прикладных задач; имеем:


Производная и ее применение для решения прикладных задач.


Таким образом, данное тождество доказано для всех Производная и ее применение для решения прикладных задач.

3.11. Решение уравнений


Пример 1.


Производная и ее применение для решения прикладных задач


Решение

Переписав данное уравнение в виде

Производная и ее применение для решения прикладных задач, заметим, что его корнями являются абсциссы точек пересечения или касания графиков функций Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Для выяснения взаимного расположения графиков этих функций найдем их точки экстремумов.

Так как Производная и ее применение для решения прикладных задач, то эта функция достигает своего наименьшего значения, ровно 1, в точке х=1. Область существования функции Производная и ее применение для решения прикладных задач состоит из всех х таких, что Производная и ее применение для решения прикладных задач. Так как


Производная и ее применение для решения прикладных задач


то Производная и ее применение для решения прикладных задач при Производная и ее применение для решения прикладных задач,

Производная и ее применение для решения прикладных задач при Производная и ее применение для решения прикладных задач,

Производная и ее применение для решения прикладных задач при Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Так как функция Производная и ее применение для решения прикладных задач непрерывна на Производная и ее применение для решения прикладных задач, то отсюда заключаем, что функция Производная и ее применение для решения прикладных задач возрастает на промежутке Производная и ее применение для решения прикладных задач и убывает на промежутке Производная и ее применение для решения прикладных задач. Следовательно, точка х=1 является наибольшим значением функции Производная и ее применение для решения прикладных задач на ее области существования.

Таким образом, при любом Производная и ее применение для решения прикладных задач

Производная и ее применение для решения прикладных задач,

Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Следовательно уравнение имеет один единственный корень х=1.

Взаимное расположение графиков показано на рисунке.


3.12 Решение систем уравнений


Пример 1.

Решить систему уравнений


Производная и ее применение для решения прикладных задач


Решение.

Перепишем данную систему в виде


Производная и ее применение для решения прикладных задач


Из первого уравнения этой системы следует, что ее решениями могут быть такие пары чисел (х,y), для каждого из которых y>0. Тогда эти пары чисел должны удовлетворять неравенству х>y>0, что следует из второго уравнения системы. Пусть Производная и ее применение для решения прикладных задач тогда из первого уравнения системы находим, что Производная и ее применение для решения прикладных задач Подставляя во втором уравнении системы Производная и ее применение для решения прикладных задач вместо х и Производная и ее применение для решения прикладных задач вместо y, получаем

Производная и ее применение для решения прикладных задач

или

Производная и ее применение для решения прикладных задач

Так как

Производная и ее применение для решения прикладных задач

то уравнение Производная и ее применение для решения прикладных задач имеет не более одного корня. Нетрудно заметить, что число t=1 является корнем. Отсюда находим, что решением данной системы может быть только пара чисел х=2 и y=1.


3.13 Отбор кратных корней уравнения


Применение производной позволяет не только убедиться в существовании кратных корней (если они есть), но и дать способ отобрать все кратные корни, отделив их от простых корней. Имеет место следующее утверждение:

Наибольший общий делитель многочленов Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач имеет своими корнями лишь корни многочлена Производная и ее применение для решения прикладных задач, причем только те из них, которые имеют кратность не меньше 2. Каждый их этих кратных корней многочлена Производная и ее применение для решения прикладных задач является корнем наибольшего общего делителя кратности на единицу ниже. Простые корни многочлена Производная и ее применение для решения прикладных задач не являются корнями наибольшего общего делителя многочленов Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Отсюда вытекает следующее правило для нахождения кратных корней уравнения:

1. Находим Производная и ее применение для решения прикладных задач.

2. Находим наибольший общий делитель многочленов Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач.

3. Находим корни наибольшего общего делителя многочленов Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Каждый из найденных корней наибольшего общего делителя многочленов Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач является корнем многочлена Производная и ее применение для решения прикладных задач, причем кратность этого корня на единицу больше его кратности в наибольшем общем делителе.

Отметим, что если наибольший общий делитель многочленов Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач есть константа, то уравнение Производная и ее применение для решения прикладных задач=0 не имеет кратных корней.

Пример 1.

Решить уравнение

Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Решение.

Рассмотрим многочлен

Производная и ее применение для решения прикладных задач

производная которого равна

Производная и ее применение для решения прикладных задач

Найдем наибольший общий делитель многочленов Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Имеем

Производная и ее применение для решения прикладных задач


Рис.1. - наибольший общий делитель многочленов


Таким образом, наибольший общий делитель многочленов Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач равен х-1 (с точностью до постоянного множителя).

Так как х=1 является простым корнем наибольшего общего делителя, что число х=1 будет двукратным корнем данного уравнения, и, значит, многочлен Производная и ее применение для решения прикладных задач делится без остатка на Производная и ее применение для решения прикладных задач Разделив Производная и ее применение для решения прикладных задач на Производная и ее применение для решения прикладных задач, находим, что Производная и ее применение для решения прикладных задач Следовательно, корни исходного уравнения- это числа Производная и ее применение для решения прикладных задач и х=6 и только они.


3.14 Вычисление пределов функции с помощью правила Лопиталя


Раскрытие неопределенностей типа Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач. Пусть однозначные функции Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач дифференцируемы при Производная и ее применение для решения прикладных задач причем производная Производная и ее применение для решения прикладных задач не обращается в нуль.

Если Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач- обе бесконечно малые или бесконечно большие при Производная и ее применение для решения прикладных задачт.е. если частное Производная и ее применение для решения прикладных задач представляет в точке х=Производная и ее применение для решения прикладных задач неопределенность типа Производная и ее применение для решения прикладных задач или Производная и ее применение для решения прикладных задач, то Производная и ее применение для решения прикладных задач при условии, что предел отношения производных существует (правило Лопиталя). Правило применимо и в случае, когда Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Если частное Производная и ее применение для решения прикладных задач вновь дает неопределенность в точке х=Производная и ее применение для решения прикладных задач одного из двух упомянутых типов и Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач удовлетворяют всем требованиям, ранее сформулированным для Производная и ее применение для решения прикладных задач и Производная и ее применение для решения прикладных задач, то можно перейти к отношению вторых производных и т.д.

Пример 1.


Производная и ее применение для решения прикладных задач


Пример 2.

Вычислить Производная и ее применение для решения прикладных задач (неопределенность типа Производная и ее применение для решения прикладных задач

Приведя дроби к общему знаменателю, получим:

Производная и ее применение для решения прикладных задач(неопределенность типа Производная и ее применение для решения прикладных задач

Прежде чем применить правило Лопиталя, заменим знаменатель последней дроби эквивалентной ему бесконечно малой Производная и ее применение для решения прикладных задач

Получим:


Производная и ее применение для решения прикладных задач (неопределенность типа Производная и ее применение для решения прикладных задач

По правилу Лопиталя

Производная и ее применение для решения прикладных задач

Далее, элементарным путем находим:

Производная и ее применение для решения прикладных задач


3.15 Решение физических задач, связанных с нахождением скорости, ускорения и т.д.


Пример 1.

Дано уравнение прямолинейного движения тела: Производная и ее применение для решения прикладных задач, где S- путь, пройденный телом, м; t- время, с. Найдите скорость тела в момент времени t=1 c.

Решение.

Скорость это производная пути по времени. Значит: Производная и ее применение для решения прикладных задач

Подставив значение времени получим: Производная и ее применение для решения прикладных задач

Пример 2.

Точка движется по закону Производная и ее применение для решения прикладных задач. Найти скорость и ускорение через 2 с после начала движения (движение считать прямолинейным).

Решение.

Скорость это производная пути по времени. Значит: Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Подставив значение времени получим Производная и ее применение для решения прикладных задач

Пример 3.

Тело движется прямолинейно по закону Производная и ее применение для решения прикладных задач Найти его кинетическую энергию через 5 с после начала движения, если масса тела 3 кг.

Решение.

Формула нахождения кинетической энергии: Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Найдем скорость тела. Производная и ее применение для решения прикладных задач, Производная и ее применение для решения прикладных задач.

Кинетическая энергия тела составит: Производная и ее применение для решения прикладных задач.


3.16 Решение экономических задач


Пример 1.

Выбрать оптимальный объем производства фирмой, функция прибыли которой может быть смоделирована зависимостью:

π(q) = R(q) - C(q) = q2 - 8q + 10

Решение:

π'(q) = R'(q) - C'(q) = 2q - 8 = 0 → qextr = 4

При q < qextr = 4 → π'(q) < 0 и прибыль убывает

При q > qextr = 4 → π'(q) > 0 и прибыль возрастает

При q = 4 прибыль принимает минимальное значение.

Каким же будет оптимальный объем выпуска для фирмы? Если фирма не может производить за рассматриваемый период больше 8 единиц продукции (p(q = 8) = p(q = 0) = 10), то оптимальным решением будет вообще ничего не производить, а получать доход от сдачи в аренду помещений и / или оборудования. Если же фирма способна производить больше 8 единиц, то оптимальным для фирмы будет выпуск на пределе своих производственных мощностей.

Пример 2.

Кривая спроса задана выражением Производная и ее применение для решения прикладных задач, где Производная и ее применение для решения прикладных задач - объем продаж; Производная и ее применение для решения прикладных задач - цена товара в условных единицах. Объем продаж составляет 10 000. Определите, каким должно быть изменение цены товара, чтобы объем продаж возрос на 1%.

Решение.

Определим цену Производная и ее применение для решения прикладных задач, соответствующую объему продаж Производная и ее применение для решения прикладных задач

Производная и ее применение для решения прикладных задач

Для оценки изменения цены товара воспользуемся формулой приближенных вычислений Производная и ее применение для решения прикладных задач По условию задачи Производная и ее применение для решения прикладных задач составляет 1% от 10000 или 10000/100=100. Найдем значение Производная и ее применение для решения прикладных задач

Производная и ее применение для решения прикладных задач

Тогда Производная и ее применение для решения прикладных задач Таким образом, для увеличения объема продаж на 1% цена товара должна быть снижена приблизительно на 0,105 у.е.


3.17 Разложение функций в ряд с помощью формулы Тейлора


1) Пусть функция f(x) имеет в точке х = а и некоторой ее окрестности производные порядка до (n+1) включительно.(Т.е. и все предыдущие до порядка n функции и их производные непрерывны и дифференцируемы в этой окрестности).

2) Пусть х- любое значение из этой окрестности, но х  а.

Тогда между точками х и а найдется такая точка , что справедлива формула:


Производная и ее применение для решения прикладных задач


- это выражение называется формулой Тейлора, а выражение:


Производная и ее применение для решения прикладных задач


называется остаточным членом в форме Лагранжа.

При Производная и ее применение для решения прикладных задач получаем формулу Маклорена:


Производная и ее применение для решения прикладных задач

где Производная и ее применение для решения прикладных задач, Производная и ее применение для решения прикладных задач


Пример 1.

Многочлен Производная и ее применение для решения прикладных задач разложить по целым положительным степеням бинома х-2.

Решение.

Производная и ее применение для решения прикладных задач

Отсюда: Производная и ее применение для решения прикладных задач

Следовательно, Производная и ее применение для решения прикладных задач или

Производная и ее применение для решения прикладных задач

Пример 2.

Функцию Производная и ее применение для решения прикладных задач разложить по степени бинома х+1 до члена, содержащего Производная и ее применение для решения прикладных задач

Решение

Производная и ее применение для решения прикладных задач для всех n, Производная и ее применение для решения прикладных задач Следовательно ,

Производная и ее применение для решения прикладных задач где Производная и ее применение для решения прикладных задач

Пример 3

Разложить функцию Производная и ее применение для решения прикладных задач в ряд Маклорена.

Решение.

Как известно, этот интеграл нельзя выразить через элементарные функции. Для отыскания разложения данного интеграла в ряд Маклорена необходимо разложить подынтегральную функцию в степенной ряд, а затем почленно проинтегрировать (степенной ряд сходится равномерно на любом отрезке, лежащем внутри промежутка сходимости, поэтому его можно проинтегрировать почленно).


3.18 Задача о линеаризации функции


По всей вероятности, исторически задача стояла так: «Написать уравнение касательной к графику функции Производная и ее применение для решения прикладных задач в точке с абсциссой Производная и ее применение для решения прикладных задач». Дело в том, что ученым (в частности вычислителям) надо было в случае довольно «громоздкой» зависимости между переменными заменить в окрестности некоторой точки эту зависимость более простой. А самой простой является линейная зависимость. Поэтому вместо сформулированной выше задачи выдвинулись требования: «Заменить данную функцию линейной функцией в окрестности точки Производная и ее применение для решения прикладных задач». Эта идея занимала Тейлора. В случае, если эта замена давала вычислителям большие погрешности, ставилась задача замены данной функции в окрестности точки Производная и ее применение для решения прикладных задач квадратичной функцией, многочленом третьей степени, четвертой и т.д.- до тех пор, пока не получалась нужная точность вычислений. Эта идея имеет простой геометрический смысл: при замене данной функции линейной в окрестности точки Производная и ее применение для решения прикладных задач рассматривается касательная Производная и ее применение для решения прикладных задач, при замене квадратичной- соприкасающаяся парабола, при замене многочленом третьей степени- соприкасающаяся кубическая парабола и т.д.

Замена данной функции линейной получила название линеаризации. Поскольку не было явно сформулировано понятие предела (это уже IX век), то на основе интуиции бесконечно малые «более высоких порядков» просто отбрасывались.

Пример 1.

Замените данную функцию линейной вблизи нуля:

Производная и ее применение для решения прикладных задач

Решение.

Если Производная и ее применение для решения прикладных задач, то Производная и ее применение для решения прикладных задач так же стремятся к нулю, поэтому ими можно пренебречь, то есть отбросить. В результате получаем Производная и ее применение для решения прикладных задач

Пример 2.

Замените данную функцию линейной вблизи нуля:


Производная и ее применение для решения прикладных задач


Решение.

Отбрасываем в числителе и знаменателе х в степени выше первой:Производная и ее применение для решения прикладных задач

Умножим числитель и знаменатель дроби на двучлен, сопряженный со знаменателем:

Производная и ее применение для решения прикладных задач


Отбрасываем в числителе и знаменателе х в степени выше первой. Будем иметь


Производная и ее применение для решения прикладных задач или Производная и ее применение для решения прикладных задач


Заключение


В ходе написания работы были использованы такие ключевые понятия дифференциального исчисления как производная, дифференциал, геометрический и физический смысл производной, касательная к графику функции и многое другое, которые используются для решения прикладных задач в математике, физике, экономике.

Цель данной работы - которые решаются с помощью производной.

Список использованной литературы:


Терешин Н.А., Терешина Т.Н. «2000 задач по алгебре и началам анализа. 10 кл./

-М.:Аквариум, К.: ГИППВ, 2000. 256 с. Стр.192-193; 216-217; 194; 200; 240.

2. Ф.Ф.Нагибин «Экстремумы»/- М. «Просвещение» 1966 г. Стр. 30-35.

3. Виленкин Н.Я. «Функция в природе и технике»: Кн. для внеклас. чтения IX-X кл. – 2-е изд., испр. –М.: Просвещение, 1985. – 192 с. Стр.88; 94.

4. О.Н. Афанасьева «Сборник задач по математике для техникумов» - М.:Наука 1992.-208 с. Стр.84.

5. Н.В. Мирошин «Сборник задач с решениями для поступающих в вузы.» - М.: ООО «Издательство Астрель» 2002.-832 с. Стр.496.

6. Вавилов В.В. «Задачи по математике. Начала анализа.»-М.: Наука.Гл. ред.физ.-мат.лит., 1990.-608 с. Стр. 411;412-413; 413-414; 416-417; 419-420; 432-433; 422; 423; 424; 430; 365.

7. Мышкис А.Д. «Лекции по высшей математике» Изд. «Наука» 1967 г. Стр. 135.

8. Глейзер Г.И. «История математики в школе» - М.: Просвещение, 1983 г. Стр. 42.

9. Волькенштейн В.С. «Сборник задач по общему курсу физики» М., 1979 г.

10. «Математический энциклопедический словарь.»/Гл.ред. Ю.В.Прохоров.-М:Сов.энциклопедия, 1988.-847 с.

11. «Задачник по курсу математического анализа». ч.II. Под ред. Н.Я.Виленкина.-М: «Просвещение», 1971.

12. «Задачи и упражнения по математическому анализу для втузов.»/Под ред. Б.П.Демидовича- М: Физматгиз, 1963 г. 472 стр.

13. «Элементы высшей математики»: сб. заданий для практ. занятий: Учеб. Пособие/ С.В.Сочнев.-М: Высш.шк., 2003 г.- 192 с.

Похожие работы:

  1. • История развития прикладного программного обеспечения
  2. • Использование современной компьютерной техники и ...
  3. •  ... excel для решения прикладных статистических задач
  4. • Применение тригонометрической подстановки для ...
  5. • Принципы разработки алгоритмов и программ для решения ...
  6. • Применение производной и интеграла для решения ...
  7. • Решения задачи планирования производства симплекс ...
  8. • Применение линейного программирования для решения ...
  9. • Решение транспортной задачи линейного ...
  10. • Применение производной и интеграла для решения уравнений ...
  11. • Развитие самостоятельности школьников при обучении математики
  12. • Производная и ее применение в экономической теории
  13. • Структуризация задач принятия решений в условиях ...
  14. • Обучение общим методам решения задач
  15. • Развитие логического мышления на уроках математики ...
  16. • Организация информации
  17. • Решение прикладных задач численными методами
  18. • План-конспект урока Математическое моделирование при решении ...
  19. • Опыт применения сейсморазведки ОГТ для решения инженерно ...
Рефетека ру refoteka@gmail.com