10.5. Свойства производных, связанные с арифметическими действиями над функциями
Теорема 3. Если функции y1 = f1(x) и y2 = f2(x) заданы в окрестности точки x0 принадлежит R, а в самой точке x0 имеют конечные производные, то функции lamda1 f1(x) +lamda2 f2(x), lamda1 принадлежит R, lamda1 принадлежит R, f1(x)f2(x), а в случае f2(x0)не равно0 и функции f1(x)/f2(x) также имеют в точке x0 конечные производные; при этом имеют место формулы
(lamda1 y1 +lamda2 y2)' = lamda1 y'1 +lamda2 y'2, (10.21)
(y1y2)' = y'1y2 + y1y'2, (10.22)
(10.23)
(в формулах (10.21)-(10.23) значения всех функций взяты при x = x0).
Прежде всего заметим, что в силу условий теоремы в точке x0 существуют конечные пределы
(дельтаy1/дельтаx) = y'1, (дельтаy2/дельтаx) = y'2.
Докажем теперь последовательно формулы (10.21)-(10.23).
1) Пусть y = lamda1 y1 +lamda2 y2; тогда
дельта y = (lamda1( y1 + дельтаy1) + lamda2( y2 + дельтаy2)) - (lamda1y1 + lamda2y2) = lamda1дельтаy1 + lamda2дельтаy2
и, следовательно,
дельтаy1/дельтаx = lamda1дельтаy1/дельтаx + lamda2дельтаy2/дельтаx.
Перейдя здесь к пределу при дельтаx0, получим формулу (10.21).
2) Пусть y2 = y1y2; тогда
дельта y = ( y1 + дельтаy1)( y2 + дельтаy2)) - y1y2 = y2y1 + y2дельтаy1 + y1дельтаy2 + дельтаy1дельтаy2,
откуда
дельтаy1/дельтаx = y2дельтаy1/дельтаx + y1дельтаy2/дельтаx. (10.24)
Заметив, что в силу непрерывности функции f2 в точке x0 выполняется условие дельтаy2 = 0, и, перейдя в равенстве (10.24) к пределу при дельтаx0, получим формулу (10.22).
3. Пусть f2(x0)не равно0, и y = y1/y2; тогда
следовательно,
Перейдя здесь к пределу при дельтаx0, получим формулу (10.23). начало
Отметим, что из формулы (10.21) при y2 = 0 (так же, как и из формулы (10.22), когда функция y2 равна постоянной, а поэтому y'2 = 0) следует, что постоянную можно выносить из-под знака дифференцирования, т. е.
(lamday)' = lamday', lamda принадлежит R.
Пример. Вычислим производную функции tg x. Применяя формулу (10.23), получим
Итак,
(tg x)' = 1/cos2x.
Аналогично вычисляется
(ctg x)' = -1/sin2x.
Замечание. Поскольку dx = y'dx, то, умножая формулы (10.21)-(10.23) на dx, получим
d(lamda1 y1 +lamda2 y2) = lamda1dy1 +lamda2 dy',
d(y1y2) = y2dy1 + y1dy2,
Д.Кихота V₁ м/мин.
Д.Кихота на коне 4V₁ м/мин.
С.Панса V₂ м/мин.
Расстояние, которое проехал Д.Кихот на коне:
S₁ = 1.5 * 4V₁ = 6V₁ (м)
Расстояние, которое пробежал Д.Кихот за С.Панса:
S₂ = 15V₁ (м)
Расстояние, которое С.Панса за это время:
S₃ = (1.5 + 15) V₂ = 16.5V₂ (м)
S₃= S₂ - S₁
16.5V₂ = 15V₁ -6V₁
16.5V₂ = 9V₁
V₁/V₂ =16.5 /9
V₁/V₂= 165/90
V₁/V₂ = 11/6
V₁/V₂ = 1 5/6 (раз)
Получается, что скорость Д.Кихота в 1 5/6 раз больше скорости С.Панса.
Проверим на цифрах:
Допустим скорость Д.Кихота V₁= 4 м/мин. , скорость Д.Кихота на коне = 16 м/мин.
S₁ = 1.5 * 16 = 24 (м) расстояние , которое проехал Д.Кихот на коне
S₂ = 15 * 4 = 60 (м) расстояние, которое Д.Кихот бежал
S₃ = 60 - 24 = 36 (м) расстояние, которое С.Панса за это время (1,5 + 15 = 16,5 мин.)
V₂= 36/16.5=360/165 = 24/11 = 2 2/11 (м/мин.) скорость С.Панса
V₁/V₂ = 4 : 2 2/11 = 4/1 * 11/24 = 11/6 = 1 5/6 (раз)
ответ: в 1 5/6 раз скорость Дон Кихота больше, чем скорость Санчо Панса.