Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной.

Содержание

От авторов 8

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. 9

1.1.Определение производной. Механический, геометрический, экономический смысл производной. 9

1.2. Касательная и нормаль к графику функции. 10

1.3. Дифференцируемость и непрерывность. 11

Лекция 2. Правила дифференцирования. 11

2.1. Правила дифференцирования суммы, произведения и частного двух функций. 12

2.2. Производные обратной и сложной функций. 12

2.3. Производные элементарных функций. 13

Лекция 3. Дифференциал функции. 14

3.1. Условие дифференцируемости функции в точке. 14

3.2. Определение дифференциала, геометрический смысл и правила вычисления дифференциала. Использование дифференциала в приближенных вычислениях. 15

3.3. Производные и дифференциалы высших порядков. 16

Лекция 4. Основные теоремы дифференциального исчисления. 17

4.1. Теорема Ферма. 17

4.2. Теорема Ролля. 18

4.3. Теорема Лагранжа. 19

4.4. Теорема Коши. 20

4.5. Правило Лопиталя. 21

4.6. Формула Тейлора. 22

Лекция 5. Применение производных к исследованию функций. 22

5.1. Условие монотонности функции. Определение максимума и минимума функции в точке. 23

5.2. Необходимое условие существования экстремума функции одной переменной. 24

5.3. Достаточное условие существования экстремума функции одной переменной. 25

5.4. Наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке. 25

5.5. Определение выпуклости и вогнутости графика функции. Достаточное условие выпуклости и вогнутости графика. Необходимое и достаточное условие существования точки перегиба. 26

5.6. Асимптоты графика функции. 27

Лекция 6. Функции многих переменных. 28

6.1. Определение функции двух переменных, область определения функции, график функции. 28

6.2. Определения предела и непрерывности функции двух переменных. Свойства непрерывных функций. 29

6.3. Частные производные. 31

Лекция 7. Дифференцируемость функции двух переменных. 31

7.1. Определение дифференцируемости функции двух переменных. Определение полного дифференциала. Приближенные вычисления с помощью полного дифференциала. 32

7.2. Частные производные и дифференциалы высших порядков. Теорема о равенстве смешанных частных производных. 33

7.3. Производная функции по направлению. 34

7.4. Градиент функции. 35

7.5. Экстремумы функции двух переменных. Необходимое и достаточное условия существования экстремумов. 36

Лекция 8. Метод наименьших квадратов. 37

8.1. Метод наименьших квадратов. 37

8.2. Применение метода наименьших квадратов (случай линейной зависимости). 38

8.3. Использование метода наименьших квадратов на фондовой бирже. 40

Лекция 9. Интегральное исчисление функции одной переменной. 41

9.1. Определение первообразной функции. Теорема о разности первообразных. 41

9.2. Определение неопределенного интеграла и его основные свойства. 42

9.3. Основные методы интегрирования функций. 43

Лекция 10. Интегрирование некоторых классов функций. 45

10.1. Интегрирование простейших рациональных дробей. 46

10.2. Интегрирование рациональных дробей методом разложения на простейшие дроби. 47

10.3. Интегрирование некоторых тригонометрических функций. 49

10.4. Интегрирование некоторых иррациональных выражений. Некоторые тригонометрические подстановки. 50

Лекция 11. Определенный интеграл. 52

11.1. Определение определенного интеграла. Геометрический смысл определенного интеграла. Интегрируемость функций. 52

11.2. Свойства определенного интеграла. 53

11.3. Теорема о среднем значении определенного интеграла. 54

Лекция 12. Основная формула интегрального исчисления. 55

12.1. Определенный интеграл с переменным верхним пределом интегрирования и его свойства. 55

12.2. Формула Ньютона-Лейбница - основная формула интегрального исчисления. 56

12.3. Методы интегрирования определенного интеграла. 57

12.4. Геометрические приложения определенного интеграла. 58

12.5. Несобственные интегралы. 59

Лекция 13. Дифференциальные уравнения первого порядка. 61

13.1. Определение дифференциального уравнения. Основные понятия. 61

13.2. Дифференциальные уравнения первого порядка. Основные понятия. Теорема существования и единственности решения. 62

13.3. Дифференциальные уравнения первого порядка с разделяющимися переменными. 63

13.4. Линейные дифференциальные уравнения первого порядка. 64

13.5. Однородные дифференциальные уравнения первого порядка. 66

Лекция 14. Дифференциальные уравнения второго порядка. 68

14.1. Определение дифференциальных уравнений второго порядка. Основные понятия. 68

14.2. Линейные дифференциальные уравнения второго порядка. Фундаментальная система решений. Теоремы об общем решении. 69

14.3. Линейные дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами. 70

14.4. Линейные неоднородные дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами их частные решения в зависимости от вида правой части. Метод вариации произвольных постоянных. 72

Лекция 15. Числовые ряды. 74

15.1. Определение числового ряда. Сходимость рядов, свойства сходящихся рядов. Необходимый признак сходимости числового ряда. 75

15.2. Ряды с положительными членами. Достаточные признаки сходимости положительных рядов (принцип сравнения, радикальный признак Коши, признак Даламбера). Интегральный признак Коши-Маклорена. 77

15.3. Определение знакопеременного ряда. Знакочередующиеся ряды. Признак Лейбница. Абсолютная и условная сходимости рядов. 80

Лекция 16. Степенные ряды. Функциональные ряды 81

16.1. Определение степенного ряда. 82

16.2. Теорема Абеля. Радиус сходимости степенного ряда. Дифференцирование и интегрирование степенных рядов. 82

16.3. Определение ряда Тейлора. Ряд Маклорена. 83

16.4. Разложение функции в степенной ряд. Необходимое и достаточное

условие разложения функции в степенной ряд. Достаточное условие разложения функции в степенной ряд. 84

16.5. Разложение элементарных функций в степенные ряды. 85

Лекция 17. Модели межотраслевого баланса. 86

17.1. Статическая модель межотраслевого баланса – модель Леонтьева. 86

17.2. Динамическая модель межотраслевого баланса. 90

17.3. Линейная модель торговли. 92

Лекция 18. Модели общего экономического равновесия. 94

18.1. Простейшая модель экономического равновесия. 94

18.2. Паутинообразная модель 95

18.3. Модель Эванса. 96

18.4. Модель Эрроу – Гурвица. 97

18.5. Модель рынка с прогнозируемыми ценами. 99

Лекция 19. Производственные функции и их характеристики. 101

19.1. Производственные функции и их основные характеристики. 101

19.2. Оптимальное распределение ресурсов. 104

19.3. Максимизация прибыли производства продукции. 105

19.4. Модели поведения фирмы в условиях совершенной и несовершенной конкуренции. 107

Рекомендуемая литература. 113


Посвящается Авджяну Аршавиру Семёновичу.

Уважаемый читатель! Книгой, которую ты держишь в руках, авторы попытались выразить глубокую признательность и любовь к человеку, являющемуся создателем курса лекций, который с некоторыми изменениями и дополнениями, читается до сегодняшнего дня студентам нашего университета. В книгу вошла базовая часть материала, читаемого во втором семестре. Авторы, продолжая традиции, заложенные Авджяном Аршавиром Семёновичем, надеются на то, что книга поможет вам в изучении математики.

Желаем успеха!

Теорема Ферма.

Теорема Ролля.

Теорема Лагранжа.

Теорема Коши.

Правило Лопиталя.

Формула Тейлора.

Теорема Ферма.

Теорема. Пусть функция Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru определена на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и в некоторой точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru принимает наибольшее или наименьшее значение и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru дифференцируема в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , тогда Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru Доказательство.

Для определенности положим, что в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru достигает наибольшего значения, то есть Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Тогда:

1) при Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru ;

2) при Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru Из первого и второго следует, что Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru Геометрический смысл теоремы Ферма.

Касательная к графику функции в точках наибольшего и наименьшего значений параллельна оси абсцисс, если Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru дифференцируема в этих точках.

Теорема Ролля.

Теорема.

Пусть функция Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru непрерывна на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , дифференцируема на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и на концах отрезка в точках a и b принимает одинаковые значения Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , тогда Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , в которой Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Доказательство. Если Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то есть в качестве точки c можно взять любую точку, принадлежащую Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Если Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru не тождественна константе, то с учетом условия о непрерывности Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru по теореме Вейерштрасса можно утверждать, что Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru принимает на этом отрезке наибольшее и наименьшее значения в точках Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , у которых хотя бы одна попадёт внутрь Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Пусть Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Так как функция дифференцируема на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то она дифференцируема в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и по теореме Ферма Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то есть в качестве точки c можно взять точку Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Геометрический смысл теоремы Ролля.

На Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru найдется хотя бы одна точка, в которой касательная параллельна оси 0X.

Алгебраический смысл теоремы Ролля.

Между двумя последовательными корнями дифференцируемой функции

лежит хотя бы один корень её производной.

Замечание.

Все три требования теоремы Ролля существенны. При нарушении

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru хотя бы одного из них заключение теоремы может оказаться неверным.

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru

Теорема Лагранжа.

Теорема.

Пусть функция Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru непрерывна на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и дифференцируема на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , тогда существует точка Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru такая, что Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Доказательство.

Введем вспомогательную функцию Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru удовлетворяет всем условиям теоремы Ролля: Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru непрерывна на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , так как на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru непрерывны Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и const;

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru дифференцируема на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , так как на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru дифференцируемы Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и const и существует Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru ;

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Тогда по теореме Ролля на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru найдется точка c, в которой Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то есть

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Геометрический смысл.

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru На интервале Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru найдется хотя бы одна точка c, касательная в которой параллельна хорде, соединяющей точки Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Действительно. Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru - угловой коэффициент касательной и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru - угловой коэффициент секущей. По теореме Лагранжа они равны, следовательно касательная параллельна секущей.

Теорема Коши.

Теорема.

Пусть функции Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru непрерывны на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и дифференцируемы на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и пусть Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Тогда существует точка Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru такая, что Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Доказательство.

Введем вспомогательную функцию Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , которая удовлетворяет условиям теоремы Ролля: Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru непрерывна на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru ; дифференцируема на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , причем Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru ; Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Тогда по теореме роля найдется точка Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , в которой Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то есть Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Замечание. Теорема Лагранжа является частным случаем теоремы Коши, так как в теореме Лагранжа в качестве Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru берется функция х.

Правило Лопиталя.

Теорема. Пусть функции Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru определены и дифференцируемы в некоторой окрестности точки Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Тогда, если существует Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то существует Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , причем Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Доказательство. На отрезке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru для Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru выполняются условия

теоремы Коши, тогда Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , где Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Это равенство при учете условия Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru принимает вид Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

При Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru также Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , поэтому Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Замечание.

Правило Лопиталя можно применять неоднократно.

Теорема остается в силе, если Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Правило Лопиталя можно применять, если Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то есть оно позволяет раскрыть неопределенности Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Если встречаются неопределенности Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то их надо свести к неопределенностям вида Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru путем тождественных преобразований. Например: Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Если отыскиваются пределы показательно-степенных выражений, имеющие неопределенности вида Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то поступают следующим образом Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

В показателе новой функции произведение Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru даст неопределенность вида Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Формула Тейлора.

Теорема.

Пусть функция Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru имеет в некоторой окрестности точки Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru непрерывную производную до Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru порядка включительно, тогда функцию можно представить в виде: Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , где Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru при Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru - остаточный член в форме Лагранжа, Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Если в формуле Тейлора считать Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то получим формулу Маклорена Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , где Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Формула Тейлора позволяет представить в окрестности точки Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru функцию Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru в виде суммы многочлена n-й степени Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и остаточного члена Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Она позволяет оценить ошибки в приближенных равенствах, получить приближенные равенства нового типа, вычислить приближённое значение функции с помощью арифметических операций.

Асимптоты графика функции.

Асимптоты графика функции.

Определение. Прямая линия l называется асимптотой графика функции Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , если расстояние от текущей точки кривой до этой прямой стремится к нулю при неограниченном удалении текущей точки кривой от начала координат.

Асимптоты бывают двух видов: вертикальные и наклонные.

Вертикальные асимптоты имеют уравнение Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , при этом хотя бы один из пределов функции при Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru должен быть равен Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru или Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Вертикальные асимптоты ищут на границах области определения функции и в точках бесконечного разрыва функции.

Наклонные асимптоты имеют уравнение Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Их ищут по двум направлениям при Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru по формулам

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Частным видом наклонных асимптот являются горизонтальные асимптоты, которые имеют место при Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Уравнение горизонтальных асимптот Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Если хотя бы один из пределов для нахождения k или b не существует, или бесконечен, то наклонных асимптот в данном направлении нет.

Схема нахождения асимптот:

1) найти область определения функции;

2) найти вертикальные асимптоты на основе области определения;

3) найти наклонные асимптоты по формулам для вычисления k и b при Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Определения предела и непрерывности функции двух переменных. Свойства непрерывных функций.

Частные производные.

6.1. Определение функции двух переменных, область определения функции, график функции.

Для упрощения ограничимся рассмотрением функции двух переменных. Все дальнейшее справедливо и для функции многих переменных.

Определение. Если по какому-либо закону или правилу каждой паре Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru независимых переменных ставится в соответствие вполне определенное значение z, то говорят, что на множестве D определена функция двух переменных Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Область определения D функции двух переменных является некоторым подмножеством точек плоскости Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Определение. Графиком функции двух переменных Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru является множество точек пространства Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru вида Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , где Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и D - область определения функции двух переменных.

Определения предела и непрерывности функции двух переменных. Свойства непрерывных функций.

Пусть Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru определена на множестве Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и точка Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru - предельная точка множества D (т.е. любая окрестность точки Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru содержит точки множества D, отличные от точки Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru ). Расстояние между точками Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru определяется по формуле Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Определение. Число A называется пределом функции Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru при

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , если для любого положительного числа Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru найдется число Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , зависящее от Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru такое, что Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru как только Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru при Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Замечание.

Неравенство Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru определяет Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru окрестность точки Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru или множество точек Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , расстояние которых до точки Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru меньше Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru : Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Все правила вычисления и свойства пределов для функции одной переменной справедливы для и функции двух переменных.

Определение. Функция Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru называется непрерывной в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , если

предел этой функции в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru совпадает со значением функции в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то есть Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Придадим аргументам Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru приращения Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru так, чтобы точки Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru принадлежали области определения функции. Тогда:

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru - частное приращение функции z по переменной x в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru ;

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru - частное приращение функции z по переменной y в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru ;

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru - полное приращение функции в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Определение. Функция Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru называется непрерывной в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , если бесконечно малым приращениям аргументов соответствует бесконечно малое полное приращение функции, то есть Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru при Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Данные определения непрерывности функции эквивалентны.

Свойства функций, непрерывных на ограниченном замкнутом множестве.

Теорема 1. Если функция Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru непрерывна на ограниченном замкнутом множестве, то она ограничена на этом множестве.

Теорема 2. Если функция Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru непрерывна на ограниченном замкнутом множестве, то на этом множестве она достигает своего наименьшего и наибольшего значений.

Теорема 3. Если функция Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru непрерывна на ограниченном замкнутом множестве и в двух точках этого множества принимают значения разных знаков, то на этом множестве найдется точка Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , в которой функция обращается в ноль, то есть Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Частные производные.

Пусть функция Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru определена на множестве Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , точки Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Определение. Частной производной функции Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru по переменной x в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru называется предел отношения частного приращения функции z по переменной x в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru к приращению аргумента Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , когда Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Определение. Частной производной функции Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru по переменной y в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru называется предел отношения частного приращения функции z по переменной y в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru к приращению аргумента y, когда Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Замечание: 1) все правила дифференцирования функции одной переменной справедливы для функций многих переменных; 2) при нахождении частной производной функции по одной переменной все остальные переменные считают постоянными, то есть для функции Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru при вычислении Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , при вычислении Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru ; для функции Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru при вычисления Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , при вычислении Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , при вычислении Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru

Пример.

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru

Градиент функции

Градиент функции.

Определение. Градиентом функции Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru называется вектор с координатами равными частным производным функции z в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и обозначается Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Градиент функции указывает направление наискорейшего роста функции, а максимальная скорость роста функции равна модулю градиента.

Скалярное произведение Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru равно производной функции по направлению Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru в точке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Действительно Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru Величина в правой части принимает наибольшее значение при Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , т.е. когда Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru совпадает по направлению с Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . В свою очередь частные производные функции Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru является производными функции z в направлении координатных осей OX и OY.

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru ;

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Метод наименьших квадратов

Метод наименьших квадратов.

Рассмотрим систему линейных уравнений (1) Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru Предположим, что система (1) является результатом исследования, а вектор Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru – результатом практических наблюдений. В каком случае можно утверждать, что фактические данные подтверждают теорию?

Случаи, когда Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru удовлетворяет системе (1), то есть подтверждает теорию, встречаются редко. Будем считать, что Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru не опровергает теорию, если является хотя бы примерным решением системы (1). В таком случае разность Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru – является Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru ошибкой системы. Ошибку S(x) всей системы (1) можно определить по крайней мере одним из трех способов:

1. Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru

2. Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru

3. Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Алгоритм поиска наименьшего значения функции Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то есть наименьшей ошибки, является наиболее простым в первом случае, что объясняет популярность метода наименьших квадратов. Метод наименьших квадратов широко используется при анализе статических данных для выявления функциональной зависимости между наблюдаемыми величинами, причем количество наблюдаемых величин не имеет принципиального значения.

Определение неопределенного интеграла и его основные свойства. Таблица неопределенных интегралов элементарных функций.

Несобственный интеграл

Несобственные интегралы.

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru Рассмотрим Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru . Функция Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru определена на конечном промежутке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и ограничена на нем. Если нарушается хотя бы одно из двух требований, то мы имеем дело с несобственным интегралом.

1. Пусть нарушается требование конечности чисел a и (или) b. При этом возможны случаи:

1) пусть Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru определена на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и интегрируема на каждом конечном промежутке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , где Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Несобственным интегралом первого рода называется Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и обозначается Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то есть Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru (1).

Если предел в правой части равенства (1) существует и конечен, то несобственный интеграл называется сходящимся и его значение равно пределу правой части. В противном случае несобственный интеграл называется расходящимся.

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru 2) пусть Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru определена на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и интегрируема на каждом конечном промежутке Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru

Несобственный интеграл первого рода в этом случае определяется по формуле Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru (2).

3) пусть Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru определена на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и интегрируема на каждом конечном отрезке этого интервала, тогда Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru (3), причем несобственный интеграл в левой части называется сходящимся, если сходятся оба интеграла в правой части равенства (3). Если хотя бы один из них расходится, то расходится интеграл в левой части.

Замечание. Если Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru первообразная функции Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , тогда справедлива обобщенная формула Ньютона-Лейбница Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , где Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Пример. Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru

2. Пусть нарушается требование ограниченности функции Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

1) Пусть функция Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru непрерывна на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , тогда Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru (4).

2) Если Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru непрерывна на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , тогда Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru (5).

Интегралы в левой части равенств (4) и (5) называются сходящимися, если в правой части этих равенств предел существует и конечен и значение несобственного интеграла равно пределу правой части. Если в правой части равенств (4) и (5) пределы не существуют или бесконечны, то несобственные интегралы в левой части этих формул называются расходящимися.

Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru 3) Если Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru непрерывна на Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , тогда Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru (6).

Интеграл в левой части равенства (6) называется сходящимся, если сходятся оба интеграла в правой части этой формулы; и расходящимся, если расходится хотя бы один из интегралов в правой части этой формулы.

Пример. Установить сходимость интеграла Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru .

Так как Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru и Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru Лекция 1. Дифференциальное исчисление функции одной переменной. - student2.ru , то есть

Наши рекомендации