2.E: Застосування похідних (вправи)
2.1: Миттєві темпи змін: Похідна
Терміни та поняття
1. T/F:f Дозволяти бути функцією положення. Середня швидкість зміни на [a, b] - це нахил лінії через точки(a,f(a)) і(b,f(b)).
2. T/F: Визначення похідної функції в точці передбачає прийняття межі
3. Своїми словами поясніть різницю між середньою швидкістю зміни і миттєвою швидкістю зміни.
4. Своїми словами поясніть різницю між Визначеннями 7 і 10.
5. Нехайy=f(x). Дайте три різні позначення, еквівалентні“f′(x).”
Проблеми
У вправах 6-12 використовуйте визначення похідної для обчислення похідної даної функції.
6. f(x)=6
7. f(x)=2x
8. f(t)=4−3t
9. g(x)=x2
10. f(x)=3x2−x+4
11. r(x)=1x
12. r(s)=1s−2
У вправах 13-19 задано функцію і значення xc.
(Примітка: ці функції такі ж, як ті, що наведені у вправах з 6 по 12.)
(a) Знайти дотичну лінію до графіка функції вc.
(b) Знайти нормальну лінію до графіка функції вc.
13. f(x)=6, at x=−2.
14. f(x)=2x, at x=3.
15. f(x)=4−3x, at x=7.
16. g(x)=x2, at x=2.
17. f(x)=3x2−x+4, at x=−1.
18. r(x)=1x, at x=−2.
19. r(x)=1x−2, at x=3.
У вправах 20-23 задано функціюf і значення xa. Наблизимо рівняння дотичної прямої до графаf atx=a шляхом чисельного наближенняf′(a), використовуючиh=0.1.
20. f(x)=x2+2x+1,x=3
21. f(x)=10x+1,x=9
22. f(x)=ex,x=2
23. f(x)=cosx,x=0
24. Графікf(x)=x2−1 показаний.
(a) Використовуйте графік, щоб наблизити нахил дотичної лінії доf наступних точок: (-1,0), (0, -1) та (2,3).
(б) Використовуючи визначення, знайдітьf′(x).
(c) Знайти нахил дотичної лінії в точках (-1,0), (0, -1) і (2,3).
25. Графікf(x)=1x+1 показаний.
(a) Використовуйте графік, щоб наблизити нахил дотичної лінії доf наступних точок: (0,1) та (1, 0,5).
(б) Використовуючи визначення, знайдітьf′(x).
(c) Знайти нахил дотичної лінії в точках (0, 1) і (1, 0,5).
У вправах 26-29f(x) наведено графік функції. Використовуючи графік, ескізf′(x).
26.
27.
28.
29.
30. Скориставшись графікомg(x) нижче, дайте відповідь на наступні питання.
(а) Де знаходитьсяg(x)>0?
(б) Де знаходитьсяg(x)<0?
(c) Де знаходитьсяg(x)=0?
(г) Де знаходитьсяg′(x)<0?
(е) Де знаходитьсяg′(x)>0?
(f) Де знаходитьсяg′(x)=0?
Рецензія
31. Орієнтовнийlim.
32. Використовуйте метод бісекції, щоб наблизити, з точністю до двох знаків після коми, коріньg(x)=x^3+x^2+x-1 on [0.5, 0.6].
33. Дайте інтервали, на яких кожна з наступних функцій є безперервною.
(а)\frac{1}{e^x+1}
(б)\frac{1}{e^x-1}
(с)\sqrt{5-x}
(г)\sqrt{5-x^2}
34. Скористайтеся графікомf(x) наданого, щоб відповісти на наступне.
(а)\lim\limits_{x\to-3^-}f(x)=?
(b)\lim\limits_{x\to-3^+}f(x)=?
(c)\lim\limits_{x\to-3}f(x)=?
(d) Де єf безперервним?
2.2: Тлумачення похідної
Терміни та поняття
1. Як називається миттєва швидкість зміни позиції?
2. З огляду на функціюy = f(x), своїми словами опишіть, як знайти одиниці виміруf ′ (x).
3. Які функції мають постійну швидкість зміни?
Проблеми
4. Даноf(5=10\text{ and }f'(5)=2, приблизнийf(6).
5. ДаноP(100) = −67 іP ′ (100) = 5, приблизнийP(110).
6. Даноz(25) = 187 іz ′ (25) = 17, приблизнийz(20).
7. Знаючиf(10) = 25f ′ (10) = 5 і методи, описані в цьому розділі, яке наближення, швидше за все, буде найбільш точним:f(10.1),\, f(11),\text{ or }f(20)? Поясніть свої міркування.
8. Даноf(7) = 26\text{ and }f(8) = 22, приблизнийf ′ (7).
9. ДаноH(0) = 17 іH(2) = 29, приблизнийH ′ (2).
10. ДозвольтеV(x) виміряти обсяг, в децибелах, виміряний всередині ресторану з x клієнтами. Що являють собою одиниціV ′ (x)?
11. Дозвольтеv(t) виміряти швидкість, в ft/s, автомобіля, що рухається по прямійt секундах після запуску. Що являють собою одиниціv ′ (t)?
12. Висота H, в футах, річки фіксується черезt години після півночі, 1 квітня. Що являють собою одиниціH ′ (t)?
13. Pце прибуток у тисячах доларів від виробництва та продажуc автомобілів.
(а) Які одиниціP'(c)?
(б) Що, ймовірно, вірноP(0P?
14. Tтемпература в градусах Фаренгейта,h годин після півночі 4 липня в Сіднеї, NE.
(а) Які одиниціT ′ (h)?
(b)T ′ (8) Ймовірно, більше або менше 0? Чому?
(c)T(8) Швидше за все більше або менше 0? Чому?
У вправах 15-18 наведеніf(x)\text{ and }g(x) графіки функцій. Визначте, яка функція є похідною від іншої.
15.
16.
17.
18.
Рецензія
У Вправи 19-20 використовуйте визначення для обчислення похідних наступних функцій.
19. f(x) =5x^2
20. f(x) = \sqrt{x}\text{ at }x=9.
У вправах 21-22 чисельно наближають значенняf'(x) при вказаному значенні х.
21. f(x) =\cos x\text{ at }x=\pi.
22. f(x) = \sqrt{x}\text{ at }x=9.
2.3: Основні правила диференціації
Терміни та поняття
1. Як називається правило, яке говорить\frac{d}{ dx} ( x^n ) = nx^{n-1}, що, деn > 0 ціле число?
2. Що таке\frac{d}{dx} \left ( \ln x \right )?
3. Наведіть приклад функції f (x) деf ′ (x) = f(x).
4. Наведіть приклад функціїf(x)\text{ where }f ′ (x) = 0.
5. Похідні правила, введені в цьому розділі, пояснюють, як обчислити похідну якої з наступних функцій?
- f(x) = \frac{3}{x^2}
- g(x) = 3x^2-x+17
- h(x)=5\ln x
- j(x) = \sin x \cos x
- k(x)=e^{x^2}
- m(x)=\sqrt{x}
6. Поясніть своїми словами, як знайти третю похідну функціїf(x).
7. Наведіть приклад функції деf ′ (x) \ne 0\text{ and }f ′′(x) = 0.
8. Поясніть своїми словами, що означає друга похідна.
9. Якщоf(x) описує позиційну функцію, тоf ′ (x) описує яку функцію? Що це за функціяf ′′(x)?
10. f(x)Дозволяти функція вимірюється в фунтах, де х вимірюється в футах. Що являють собою одиниціf ′′(x)?
Проблеми
У вправах 11-25 обчислити похідну заданої функції.
11. f(x) = 7x^2-5x+7
12. g(x) = 14x^3+7x^2+11x-29
13. m(t) = 9t^2-\frac{1}{8}t^3+3t-8
14. f(\theta) = 9\sin \theta + 10 \cos \theta
15. f(r) =6e^r
16. g(t)=10t^4-\cos t+7\sin t
17. f(x)=2\ln x - x
18. p(s) = \frac{1}{4}s^4+\frac{1}{3}s^3+\frac{1}{2}s^2+s+1
19. h(t) = e^t -\sin t -\cos t
20. f(x)=\ln (5x^2)
21. f(t) = \ln (17) +e^2+\sin \pi /2
22. g(t)=(1+3t)^2
23. g(x)=(2x-5)^3
24. f(x)=(1-x)^3
25. f(x) = (2-3x)^2
26. Властивість логарифмів полягає в тому\log_a x = \frac{\log_bx}{\log_b a}, що для всіх основ a, b> 0,\ne1.
(a) Перепишіть цей ідентифікаторb=e, коли, тобто, використовуючи\log e x=\ln x.
(b) Використовуйте частину (а), щоб знайти похідну відy=\log_a x.
(c) Дайте похідне відy=\log_{10}x.
У Вправах 27-32 обчислити перші чотири похідні даної функції.
27. f(x) = x^6
28. g(x) = 2\cos x
29. h(t) =t^2-e^t
30. p(\theta)=\theta^4-\theta^3
31. f(\theta)=\sin \theta - \cos \theta
32. f(x) = 1,100
У вправах 33-38 знайти рівняння дотичної і нормальної ліній до графіка функції в заданій точці.
33. f(x) =x^3-x\text{ at }x=1
34. f(t) =e^t\text{ at }t=0
35. g(x) = \ln x \text{ at } t=0
36. f(x) = 4\sin x \text{ at }x=\pi/2
37. f(x) = -2\cos x \text{ at }x=\pi/4
38. f(x) = 2x+3\text{ at } x=5
Рецензія
39. Враховуючи цеe^0=1, наближається значенняe^{0.1} за допомогою дотичної лінії доf(x)=e^x\text{ at }x=0.
40. Орієнтовна величина(3.01)^4 використання дотичної лінії доf(x) = x^4\text{ at }x=3.
2.4: Правила продукту та коефіцієнта
Терміни та поняття
1. T/F: Правило продукту стверджує, щоfrac{d}{dx}\left ( x^2\sin x\right ) = 2x\cos x.
2. T/F: Правило частки стверджує, що\frac{d}{dx}\left ( \frac{x^2}{\sin x}\right ) = \frac{\cos x}{2x}.
3. T/F: Похідні тригонометричних функцій, які починаються з «c», мають в них знаки мінуса.
4. Яке похідне правило використовується для розширення Правила влади, щоб включити від'ємні цілі показники?
5. T/F: Незалежно від функції, завжди існує точно один правильний спосіб обчислення її похідної.
6. Своїми словами поясніть, що означає зробити свої відповіді «зрозумілими».
Проблеми
У вправах 7-10:
(а) Використовуйте Правило продукту для диференціації функції.
(b) Маніпулювати функцією алгебраїчно і диференціювати без правила продукту.
(c) Показати, що відповіді з (a) і (b) рівнозначні.
7. f(x) =x(x^2+3x)
8. g(x) =2x^2(5x^3)
9. h(s)=(2s-1)(s+4)
10. f(x) = (x^2+5)(3-x^3)
У вправах 11-14:
(a) Використовуйте часткове правило для диференціації функції.
(b) Маніпулювати функцією алгебраїчно та диференціювати без правила частки.
(c) Показує, що відповіді з (a) та (b) еквівалентні.
11. f(x) = \frac{x^2+3}{x}
12. g(x) = \frac{x^3-2x^2}{2x^2}
13. h(s)=\frac{3}{4s^3}
14. f(t) = \frac{t^2-1}{t+1}
У вправах 15-29 обчислити похідну заданої функції.
15. f(x) =x\sin x
16. f(t)=\frac{1}{t^2}(\csc t -4)
17. g(x) = \frac{x+7}{x-5}
18. g(t) = \frac{t^5}{\cos t -2t^2}
19. h(x) = \cot x-e^x
20. h(t) = 7t^2+6t-2
21. f(x) = \frac{x^4+2x^3}{x^2}
22. f(x) = (16x^3+24x^2+3x)\frac{7x-1}{16x^3+24x^2+3x}
23. f(t) = t^5(\sec t+e^t)
24. f(x) = \frac{\sin x}{\cos x+3}
25. g(x) = e^2 \left ( \sin (\pi/4)-1\right )
26. g(t) = 4t^3e^t -\sin t\cos t
27. h(t) = \frac{t^2 \sin t +3}{t^2\cos t +2}
28. f(x)=x^2e^x\tan x
29. g(x) = 2x\sin x \sec x
У вправах 30-33 знайти рівняння дотичної і нормальної ліній до графікаg в зазначеній точці.
30. g(s)=e^s (s^2+2)\text{ at }(0,2).
31. g(t) = t\sin t\text{ at }\left (\frac{3\pi}{2},\frac{-3\pi}{2}\right )
32. g(x) = \frac{x^2}{x-1}\text{ at }(2,4).
33. g(\theta)=\frac{\cos \theta -8\theta}{\theta +1}\text{ at }(0,-5)
У вправах 34-37 знайдіть значення x, де графік функції має горизонтальну дотичну лінію.
34. f(x) = 6x^2-18x-24
35. f(x)=x\sin x\text{ on }[-1,1]
36. f(x)=\frac{x}{x+1}
37. f(x)=\frac{x^2}{x+1}
У Вправи 38-41 знайдіть запитувану похідну.
38. f(x) = x\sin x;\text{ find }f''(x).
39. f(x) = x\sin x;\text{ find }f^{(4)}(x).
40. f(x) = \csc x;\text{ find }f''(x).
41. f(x) = (x^3-5x+2)(x^2+x-7);\text{ find }f^{(8)}(x).
У вправах 42-45 використовуйте графікf(x) для ескізуf'(x).
42.
43.
44.
45.
2.5: Правило ланцюга
Терміни та поняття
1. T/F: Правило ланцюга описує, як оцінити похідну від складу функцій.
2. T/F: Узагальнене правило влади стверджує, що\frac{d}{dx}\left ( g(x)^n \right ) = n\left ( g(x)\right )^{n-1}.
3. Т/Ф:\frac{d}{dx}\left ( \ln (x^2)\right )=\frac{1}{x^2}.
4. Т/Ф:\frac{d}{dx} (3^x) \approx 1.1 \cdot 3^x.
5. Т/Ф:\frac{dx}{dy} = \frac{dx}{dt}\cdot\frac{dt}{dy}
6. T/F: Прийняття похідногоf(x)=x^2\sin (5x) вимагає використання як правил продукту, так і ланцюга.
Проблеми
У вправах 7-28 обчислити похідні даної функції.
7. f(x) = \left ( 4x^3-x \right ) ^10
8. f(t) = \left ( 3t-2 \right ) ^5
9. g(\theta) = \left ( \sin \theta +\cos \theta \right ) ^3
10. h(t)-e^{3t^2+y-1}
11. f(x) = \left ( x+\frac{1}{x}\right )^4
12. f(x) = \cos (3x)
13. g(x) =\tan (5x)
14. h(t) = \sin^4 (2t)
15. p(t) = \cos^3 (t^2+3t+1)
16. f(x) = \ln (\cos x)
17. f(x) = \ln (x^2)
18. f(x) = 2\ln (x)
19. g(r) = 4^r
20. g(t) = 5^{\cos t}
21. g(t) = 15^2
22. m(w) = \frac{3^w}{2^w}
23. h(t) = \frac{2^t+3}{3^t+2}
24. m(w) = \frac{3^w+1}{2^w}
25. f(x) = \frac{3^{x^2}+x}{2^{x^2}}
26. f(x) =x^2\sin (5x)
27. g(t) = \cos (t^2+3t)\sin (5t-7)
28. g(t) = \cos (\frac{1}{t})e^{5t^2}
У вправах 29-32 знайти рівняння дотичної і нормальної ліній до графіка функції в заданій точці. Примітка: функції тут такі ж, як у Вправи 7 по 10.
29. f(x) = \left ( 4x^3 -x\right )^{10}\text{ at }x=0
30. f(t) = \left ( 3t-2\right )^5\text{ at }t=1
31. g(\theta) = \left ( \sin \theta +\cos \theta \right )^3\text{ at }\theta=\pi/2
32. h(t) = e^{3t^2+t-1}\text{ at }t=-1
33. Обчислити\frac{d}{dx}\left ( \ln (kx)\right ) два способи:
(а) Використовуючи правило Ланцюга, і
(b) спочатку використовуючи правило логарифма\ln (ab)=\ln a +\ln b, потім беручи похідну.
34. Обчислити\frac{d}{dx}\left ( \ln (x^k)\right ) два способи:
(а) Використовуючи правило ланцюга, і
(b) спочатку використовуючи правило логарифма\ln (a^p)=p\ln a, потім беручи похідну.
Рецензія
35. «Коефіцієнт холоду вітру» - це вимір того, наскільки холодно він «відчуває» під час холодної, вітряної погоди. W(w)Дозволяти бути фактор холоду вітру, в градусах Фаренгейта, коли це 25 F зовні з вітромw миль/год.
(а) Які одиниціW' (w)?
(б) Яким би ви очікували, що знак буде?W'(10)
36. Знайдіть похідні наступних функцій.
(а)f(x) =x^2e^x\cot x
(б)g(x) = 2^x3^x4^x
2.6: Неявна диференціація
Терміни та поняття
1. Своїми словами поясніть різницю між неявними функціями і явними функціями.
2. Неявна диференціація базується на тому, яке інше правило диференціації?
3. T/F: Неявна диференціація може бути використана для пошуку похідноїy=\sqrt{x}.
4. T/F: Неявна диференціація може бути використана для пошуку похідноїy=x^{3/4}.
Проблеми
У вправах 5-12 обчислити похідну заданої функції.
5. f(x) =\sqrt{x}+\frac{1}{\sqrt{x}}
6. f(x) = \sqrt[3]{x}+x^{2/3}
7. f(x) =\sqrt{1-t^2}
8. g(t) = \sqrt{t}\sin t
9. h(x) =x^{1.5}
10. f(x)=x^\pi +x^{1.9}+\pi^{1.9}
11. g(x) = \frac{x+7}{\sqrt{x}}
12. f(t) = \sqrt[5]{t}\left (\sec t +e^t \right )
У вправах 13-25 знайдіть,\frac{dy}{dx} використовуючи неявну диференціацію.
13. x^4+y^2+y=7
14. x^{2/5}+y^{2/5} = 1
15. \cos (x) +\sin (y)=1
16. frac{x}{y}=10
17. \frac{y}{x} =10
18. x^2e^2+2^y=5
19. x^2\tan y=50
20. \left ( 3x^2+2y^3\right )^4=2
21. \left (y^2+2y-x\right )^2 =200
22. \frac{x^2+y}{x+y^2}=17
23. \frac{\sin (x)+y}{\cos (y) +x}=1
24. \ln (x^2+y^2 )=e
25. \ln \left (x^2+xy+y^2\right )=1
26. Показати,\frac{dy}{dx} що однаково для кожної з наступних неявно визначених функцій.
(а)xy=1
(б)x^2y^2=1
(с)\sin (xy)=1
(г)\ln (xy)=1
У Вправах 27-31 знайти рівняння дотичної прямої до графіка неявно певної функції в зазначених точках. В якості наочного посібника кожна функція графічна.
27. x^{2/5}+y^{2/5} =1
(а) При (1,0)
(б) При (0,1, 0,281) (який точно не лежить на кривій, але знаходиться дуже близько).
28. x^4+y^4=1
(а) При (1,0).
(б) В(\sqrt{0.6},\sqrt{0.8}).
(c) При (0,1).
29. (x^2+y^2-4)^3=108y^2
(а) При (0,4).
(б) В(2,-\sqrt[4]{108})
30. (x^2+y^2+x)^2=x^2+y^2
(а) При (0,1).
(б) В\left ( -\frac{3}{4},\frac{3\sqrt{3}}{4}\right ).
31. (x-2)^2+(y-3)^2=9
(а) В\left ( \frac{7}{2},\frac{6+3\sqrt{3}}{2}\right ).
(б) В\left ( \frac{4+3\sqrt{3}}{2},\frac{3}{2}\right ).
У Вправах 32-35 задана неявно визначена функція. Знайти\frac{d^y}{dx^2}. Примітка: це ті самі проблеми, які використовуються у вправах 13-16.
32. x^4+y^2+y=7
33. x^{2/5}+y^{2/5}=1
34. \cos x +\sin y =1
35. \frac{x}{y} =10
У вправах 36-41 використовуйте логарифмічну диференціацію, щоб знайти\frac{dy}{dx}, а потім знайти рівняння дотичної прямої при вказаному значенні x.
36. y=\left ( 1+x\right )^{1/x},\quad x=1
37. y=2x^{x^2},\quad x=1
38. y=\frac{x^x}{x+1},\quad x=1
39. y=x^{\sin (x)+2},\quad x=1
40. y=\frac{x+1}{x+2},\quad x=1
41. y=\frac{(x+1)(x+2)}{(x+3)(x+4)},\quad x=1
2.7: Похідні обернених функцій
Терміни та поняття
1. T/F: Кожна функція має зворотну.
2. Своїми словами поясніть, що означає для функції бути «один на один».
3. Якщо (1,10) лежить на графікуy=f(x), що можна сказати про графікy=f^{-1}(x)?
4. Якщо (1,10) лежить на графікуy=f(x)\text{ and }f'(1)=5, того, про що можна сказатиy=f^{-1}(x)?
Проблеми
У вправах 5-8 переконайтеся, що дані функції є зворотними.
5. f(x) =2x+6\text{ and }g(x)=\frac{1}{2}x-3
6. f(x) = x^2+6x+11,\,x\ge 3іg(x) = \sqrt{x-2}-3,\, x\ge 2
7. f(x) = \frac{3}{x-5},\,x\ne 5іg(x) = \frac{3+5x}{x},\, x\ne 0
8. f(x) = \frac{x+1}{x-1},\, x\ne 1\text{ and }g(x)=f(x)
У вправах 9-14f(x) дається оборотна функція разом з точкою, яка лежить на її графіку. Використовуючи теорему 22, оцініть\left ( f^{-1}\right )^\prime (x) за вказаною величиною.
9. f(x)=5x+10
Точка = (2,20)
Оцінити\left ( f^{-1}\right )^\prime (20)
10. f(x)=x^2-2x+4,\,x\ge 1
Точка =(3,7)
Оцінити\left ( f^{-1}\right )^\prime (7)
11. f(x)=\sin 2x,\,-\pi/4 \le x \le \pi/4
Точка =(\pi/6,\sqrt{3}/2)
Оцінити\left ( f^{-1}\right )^\prime (\sqrt{3}/2)
12. f(x)=x^3-6x^2+15x-2
Точка =(1,8)
Оцінити\left ( f^{-1}\right )^\prime (8)
13. f(x)=\frac{1}{1+x^2},\,x\ge 0
Точка =(1,1/2)
Оцінити\left ( f^{-1}\right )^\prime (1/2)
14. f(x)=6e^{3x}
Точка =(0,6)
Оцінити\left ( f^{-1}\right )^\prime (6)
У вправах 15-24 обчислити похідну заданої функції.
15. h(t) = \sin^{-1}(2t)
16. f(t) = \sec^{-1}(2t)
17. g(x) = \tan^{-1}(2x)
18. f(x) = x\sin^{-1}(x)
19. g(t) = \sin t \cos^{-1}t
20. f(t) = \ln te^t
21. h(x) = \frac{\sin^{-1}x}{\cos^{-1}x}
22. g(x) = \tan^{-1}(\sqrt{x})
23. f(x) = \sec^{-1}(1/x)
24. f(x) = \sin (\sin^{-1}x)
У вправах 25-27 обчислити похідну даної функції двома способами:
(а) спростивши спочатку, потім взявши похідну, і
(б) використовуючи спочатку правило ланцюга, а потім спрощуючи.
Дуже, що дві відповіді однакові.
25. f(x) = \sin \left ( \sin^{-1}x\right )
26. f(x) =\tan^{-1} (\tan x)
27. f(x)=\sin \left (\cos^{-1}x\right )
У вправах 28-29 знайти рівняння прямої дотичної до графікаf за вказаною величиною.
28. f(x)=\sin^{-1}x\text{ at }x=\frac{\sqrt{2}}{2}
29. f(x)=\cos^{-1}(2x)\text{ at }x=\frac{\sqrt{3}}{4}
Рецензія
30. Знайти\frac{dy}{dx}, деx^2y-y^2x=1.
31. Знайдіть рівняння прямої дотичної до графікаx^2+y^2+xy=7 в точці (1,2).
32. Нехайf(x) =x^3+x. Оцінити\lim\limits_{s\to 0}\frac{f(x+s)-f(x)}{s}.