Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.И. ГЕРЦЕНА»
Санкт-Петербург
РЕФЕРАТ
По дисциплине: Математика
Тема: Дифференциал
Выполнила:
Студентка 1 курса
дневного отделения
факультета управления
направления «Туризм»
Сахарова Анна Ильинична
Санкт-Петербург
2012
Дифференциа́л (от лат. differentia — разность, различие)
в математике, главная линейная часть приращения функции. Если функция y = f (x) одного переменного х имеет при х = х0производную, то приращение
Δy = f (x0 + Δx) - f (x0)
функции f (x) можно представить в виде
Δy = f' (x0) Δx + R,
где член R бесконечно мал по сравнению с Δх. Первый член
dy = f' (x0) Δх
в этом разложении и называется дифференциалом функции f (x) в точке x0. Из этой формулы видно, что дифференциал dy линейно зависит от приращения независимого переменного Δx, а равенство
Δy = dy + R
показывает, в каком смысле Д. dy является главной частью приращения Δy.
Обобщение понятия дифференциала. Обобщение понятия Д. на вектор-функции, начало которому положили в начале 20 в. французские математики Р. Гато и М. Фреше, позволяет лучше выяснить смысл понятия «дифференциал» для функций нескольких переменных, а в применении к Функционалам приводит к понятию вариации, лежащему в основе вариационного исчисления (См.Вариационное исчисление).Важную роль в этом обобщении играет понятие линейной функции (линейного отображения). Функция L (x) векторного аргумента хназывается линейной, если она непрерывна и удовлетворяет равенству
L (x' + х ") = L (x') + L (x ")
для любых х' и х " из области определения. Линейная функция n-мерного аргумента х = {x1,..., xn} всегда имеет вид
L (x) = a1x1 +... + anxn,
где a1,..., an — постоянные. Приращение
ΔL = L (x + h) - L (x)
линейной функции L (x) имеет вид
ΔL = L (h),
т. е. зависит только от векторного приращения h, и притом линейно. Функция f (x) называется дифференцируемой при значении аргумента х, если её приращение Δf = f (x + h) - f (x), рассматриваемое как функция от h, имеет главную линейную часть L (h), т. е. выражается в виде
Δf = L (h) + R (h),
где остаток R (h) при h → 0 бесконечно мал по сравнению с h. Главная линейная часть L (h) приращения Δf и называется дифференциалом df функции f в точке x. При этом в зависимости от того, в каком смысле понимается бесконечная малость R (h) по сравнению с h, различают слабый дифференциал, или дифференциал Гато, и сильный дифференциал, или дифференциал Фреше. Если существует сильный Д., то существует и слабый Д., равный сильному Д. Слабый Д. может существовать и тогда, когда сильный не существует.
В случае f (x) ≡ x из общего определения следует, что df = h, т. е. можно приращение h считать Д. аргумента x и обозначать dx.
Если сделать теперь переменной точку x, в которой определяется Д. df, то он будет функцией двух переменных:
df (x; h).
Далее, считая h = h2 постоянным, можно найти Д. от дифференциала df (x; h2) как главную часть приращения
df (x + h3; h2) — df (x; h2),
где h3 — некоторое второе, не связанное с h2 приращение x. Получаемый таким образом второй дифференциал d2f = d2f (x; h2, h3) является функцией трёх векторных аргументов x, h2 и h3, линейной по каждому из двух последних аргументов. Если d2f непрерывно зависит от x, то он симметричен относительно h2 и h3:
d2f (x; h2, h3) = d2f (x; h3, h2).
Аналогично определяется дифференциал dnf = dnf (x; h2,..., hn) любого порядка n.
В вариационном исчислении сам векторный аргумент x является функцией x (t), а дифференциалы df и d2f функционала f [x (t)] называются его первой и второй вариациями и обозначаются δf и δ2f.
Всюду выше речь шла об обобщении понятия Д. на числовые функции векторного аргумента. Существует обобщение понятия Д. и на случай вектор-функций, принимающих значения в банаховых пространствах.
Лит.: Ильин В. А., Позняк Э. Г., Основы математического анализа, 2 изд., М., 1967; Колмогоров А. Н., Фомин С. В., Элементы теории функций и функционального анализа, 2 изд., М., 1968; Фихтенгольц Г. М., Курс дифференциального и интегрального исчисления, 7 изд., т. 1, М., 1969; Кудрявцев Л. Д., Математический анализ, т. 1, М., 1970; Рудин У., Основы математического анализа, пер. с англ., М., 1966; Дьедонне Ж., Основы современного анализа, пер. с англ., М., 1964.
А. Н. Колмогоров.
II Дифференциа́л Дифференциальный механизм в приводе ведущих колёс автомобиля, трактора или др. транспортных машин. Д. обеспечивает вращение ведущих колёс с разными относительными скоростями при прохождении кривых участков пути.annettesa.livejournal.com
Репетитор: Васильев Алексей Александрович Предметы: математика, физика, информатика, экономика. Стоимость: 2000 руб / 90 мин. |
Репетитор: Крюков Илья Хассанович Предметы: математика, экономика, бухгалтерский учет. Стоимость: 1600 руб / 60 мин. |
Репетитор: Скрипаленко Михаил Михайлович Предметы: математика (ЕГЭ), английский язык (GMAT, GRE (general), GRE subject test in maths, IELTS, TOEFL, BEC). Стоимость: 1200 руб / 60 мин. |
Репетитор: Матвеева Милада Андреевна Предметы: русский язык, литература (ЕГЭ, ГИА). Стоимость: 1200 руб / 60 мин. |
Репетитор: Тверской Василий Борисович Предметы: математика, физика. Стоимость: 3500 руб / 90 мин. |
Репетитор: Поздняков Андрей Александрович Предметы: английский язык, (ЕГЭ). Подготовка к TOEFL и IELTS. Стоимость: 2000 руб / 60 мин. |
Репетитор: Ершикова Марина Львовна Предметы: бухгалтерский учет (кроме банковского), налогообложение, аудит. Стоимость: 1500 руб / 60 мин. |
Допустим функция y=f(x) определена на промежутке Х и дифференцируема в некоторой окресности точки xϵX, т.е. существует производная y'. Согласно теореме о связи бесконечно малых величин с пределами функции запишем:
из рисунка 1 видно, что угол β равен сумме двух углов: ϕ и γ. tg ϕ = f'(x) в точке М, tg β - tg ϕ = а(∆x) представляет собой бесконечно малую величину, зависящую от ∆x.
∆y/∆x = f'(x) + а(∆x)
где а(∆x) - бесконечно малая величина при ∆х →0, откуда
∆y = f'(x)∆x + а(∆x)∆x
из формулы можно увидеть, что приращение функции ∆y состоит из двух слагаемых: линейного относительно ∆x и нелинейного. Таким образом, дифференциалом функции называется главная, линейная часть приращения функции относительно ∆x, равная произведению производной на приращение независимой переменной. dy =f'(x) ∆x или dy = f'(x) dxДопустим задана функция y = f(x). Возьмем произвольную точку М(x,y). Дадим переменной x приращение ∆x. Тогда функция получит приращение ∆y = f(x+∆x) - f(x). (см.рис. 1). Проведем касательную к кривой y = f(x) в точке М, которая образует угол ϕ с положительным направлением оси Ох, т.е f'(x) = tg ϕ. Из прямоугольного треугольника МAB AB = MB · tg ϕ = ∆x tg ϕ = f' (x)∆x т.е. dy = AB. Можно сказать что, дифференциал функции есть приращение ординаты касательной, проведенной к графику функции y = f(x) в данной точке, когда х получает приращение ∆x.
Рис 1. Геометрический смысл дифференциала.
Дифференциал имеет следующие свойства.
1. dc=0 2. d(cu)= c du 3. d(u+v)=du+dv 4. d(uv)=v du + u dv 5. d(u/v) = (v du - u dv) / v²
Дифференциал функции dy = f'(x) dx. Рассмотрим функцию y = f(u), где f(u) является сложной функцией, т.е. y = f(g(x)). Если функции y = f(u) и u = g(x) - дифференцируемые функции от своих аргументов, то производная сложной функции равна:
dy = f'(x) dx = f'(u) · u'dx = f'(u) du. т.е. dy = f'(u) du
Из формулы ∆y = f'(x)∆x + а(∆x)∆x можно увидеть, что приращение функции приблизительно равно ее дифференциалу, т.к. величина а(∆x)∆x бесконечно малая. Именно поэтому, при достаточно малых значениях ∆x можно считать, что ∆y≈ dy т.е. f(x+∆x)≈f(x)+f '(x)∆x. Данная формула тем точнее, чем меньше значение ∆x. Это приближенное равенство можно применить в приближенных вычислениях.
www.mathtask.ru
Определение. Дифференциалом функции в некоторой точке x называется главная, линейная часть приращения функции.
Дифференциал функции y = f(x) равен произведению её производной на приращение независимой переменной x (аргумента).
Это записывается так:
или
или же
Геометрический смысл дифференциала. Дифференциал функции y = f(x) равен приращению ординаты касательной S, проведённой к графику этой функции в точке M(x; y), при изменении x (аргумента) на величину (см. рисунок).
Дифференциал функции в точке x и обозначают
или
Следовательно,
(1)
или
, (2)
поскольку дифференциал функции y = f(x) равен произведению её производной на приращение независимой переменной.
Замечание. Нужно помнить, что если x – исходное значение аргумента, а - наращенное значение, то производная в выражении дифференциала берётся в исходной точке x ; в формуле (1) этого не видно из записи.
Дифференциал функции можно записать в другой форме:
(3)
или
(4)
Пример 1. Найти дифференциалы функций:
1) ;
2) ;
3) ;
4) .
Решение. Применяя формулы дифференцироивания степенной и логарифмической функций из таблицы производных, а также формулу (4), находим:
1) ;
2) ;
3) ;
4) .
Пример 2. Найти дифференциал функции
в точке x = 2,
1) выделив линейную часть;
2) по формуле.
Пример 3. Найти дифференциал функции
в точке x.
В основном же задачи на дифференциалы - это более сложные, чем рассмотренные выше для разминки, поэтому стоит посетить страницу с решением задач на дифференциалы сложных функций. Скорее всего, вызывающие у вас трудности задачи именно к таким и относятся.
В этом и следующем параграфах каждую из функций будем считать дифференцируемой при всех рассматриваемых значениях её аргументов.
Дифференциал обладает свойствами, аналогичными свойствам производной:
(С – постоянная величина) (5)
(6)
(7)
(8)
(9)
Формулы (5) – (9) получаются из соответствующих формул для производной умножением обеих частей каждого равенства на .
Одно из особеннейших свойств дифференциала - инвариантность формы дифференциала в случае сложных функций.
Установленное во втором параграфе приближенное равенство
или
(10)
позволяет использовать дифференциал для приближенных вычислений значений функции.
Запишем приближенное равенство более подробно. Так как
а
то
или
(11)
Пример 5. Пользуясь понятием дифференциала, вычислить приближенно ln 1,01.
Решение. Число ln 1,01 является одним из значений функции y = ln x . Формула (11) в данном случае примет вид
Положим
тогда
Следовательно,
что является очень хорошим приближением: табличное значение ln 1,01 = 0,0100.
Пример 6. Пользуясь понятием дифференциала, вычислить приближенно
Решение. Числоявляется одним из значений функции
Так как производная этой функции
то формула (11) примет вид
Полагая
и
получаем
(табличное значение
).
Пользуясь приближенным значением числа, нужно иметь возможность судить о степени его точности. С этой целью вычисляют его абсолютную и относительную погрешности.
Абсолютная погрешность приближенного числа равна абсолютной величине разности между точным числом и его приближенным значением:
(12)
Относительной погрешностью приближенного числа называется отношение абсолютной погрешности этого числа к абсолютной величине соответствующего точного числа:
(13)
Если точное число неизвестно, то
(14)
Иногда, прежде чем применить формулу (11), требуется предварительно преобразовать исходную величину. Как правило, это делается в двух целях. Во-первых, надо добиться, чтобы величина была достаточно малой по сравнению с , так как чем меньше , тем точнее результат приближенного вычисления. Во-вторых, желательно, чтобы величина вычислялась просто.
Пример 8. Пользуясь понятием дифференциала, вычислить приближенно . Оценить точность полученного результата.
Решение. Рассмотрим функцию
Её производная равна
а формула (11) примет вид
В данном случае было бы нерационально вычислять приближенно следующим образом:
так как значение
не является малым по сравнению со значением производной в точке
Здесь удобно предварительно вынести из под корня некоторое число, например 4/3. Тогда
Теперь, полагая
получим
Умножая на 4/3, находим
Принимая табличное значение корня
за точное число, оценим по формулам (12) и (13) абсолютную и относительную погрешности приближенного значения:
Весь блок "Производная"
Поделиться с друзьями
function-x.ru
Пусть функция в точке имеет отличную от нуля производную
Тогда в некоторой окрестности этой точки отношение
где при Тому приращение функции можно представить в виде:
При этом величина является бесконечно малой более высокого порядка, чем и бесконечно малая поэтому величину называют главной частью приращения функции .
Замечание. Дифференциал называют также дифференциалом первого порядка.
Найдем дифференциал независимой переменной то есть дифференциал функции Так как получаем, что
то
То есть дифференциал независимой переменной равен ее приращению:
Тогда формула для дифференциала перепишется в виде:
Таким образом, дифференциал функции равен произведению производной указанной функции на дифференциал независимой переменной.
Геометрически дифференциал функции в точке равен приращению ординаты касательной к графику функции в рассматриваемой точке, когда переменная получает приращение .
Механический смысл дифференциала. Пусть материальная точка двигается по закону Дифференциал функции равен:
Для фиксированных значений и – это тот путь, который бы прошла материальная точка за время в случае, если она будет двигаться равномерно и прямолинейно с постоянною скоростью
Стоит отметить, что фактический путь в случае неравномерного движения материальной точки, в отличии от дифференциала не является линейной функцией времени а поэтому отличается от пути Но все же, если время является достаточно малым, то скорость движения существенно не изменяется и поэтому движение точки на промежутке времени от до есть практически равномерным.
Основные формулы, которые связаны с дифференциалами, можно получить, используя связь между дифференциалом функции и ее производной, то есть тот факт, что а также соответствующие формулы для производных.
Рассмотрим две дифференцируемые функции и Тогда имеют место следующие равенства:
ru.solverbook.com
Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.И. ГЕРЦЕНА»
Санкт-Петербург
РЕФЕРАТ
По дисциплине: Математика
Тема: Дифференциал
Выполнила:
Студентка 1 курса
дневного отделения
факультета управления
направления «Туризм»
Сахарова Анна Ильинична
Санкт-Петербург
2012
Дифференциа́л (от лат. differentia — разность, различие)
в математике, главная линейная часть приращения функции. Если функция y = f (x) одного переменного х имеет при х = х0производную, то приращение
Δy = f (x0 + Δx) - f (x0)
функции f (x) можно представить в виде
Δy = f' (x0) Δx + R,
где член R бесконечно мал по сравнению с Δх. Первый член
dy = f' (x0) Δх
в этом разложении и называется дифференциалом функции f (x) в точке x0. Из этой формулы видно, что дифференциал dy линейно зависит от приращения независимого переменного Δx, а равенство
Δy = dy + R
показывает, в каком смысле Д. dy является главной частью приращения Δy.
Обобщение понятия дифференциала. Обобщение понятия Д. на вектор-функции, начало которому положили в начале 20 в. французские математики Р. Гато и М. Фреше, позволяет лучше выяснить смысл понятия «дифференциал» для функций нескольких переменных, а в применении к Функционалам приводит к понятию вариации, лежащему в основе вариационного исчисления (См.Вариационное исчисление).Важную роль в этом обобщении играет понятие линейной функции (линейного отображения). Функция L (x) векторного аргумента хназывается линейной, если она непрерывна и удовлетворяет равенству
L (x' + х ") = L (x') + L (x ")
для любых х' и х " из области определения. Линейная функция n-мерного аргумента х = {x1,..., xn} всегда имеет вид
L (x) = a1x1 +... + anxn,
где a1,..., an — постоянные. Приращение
ΔL = L (x + h) - L (x)
линейной функции L (x) имеет вид
ΔL = L (h),
т. е. зависит только от векторного приращения h, и притом линейно. Функция f (x) называется дифференцируемой при значении аргумента х, если её приращение Δf = f (x + h) - f (x), рассматриваемое как функция от h, имеет главную линейную часть L (h), т. е. выражается в виде
Δf = L (h) + R (h),
где остаток R (h) при h → 0 бесконечно мал по сравнению с h. Главная линейная часть L (h) приращения Δf и называется дифференциалом df функции f в точке x. При этом в зависимости от того, в каком смысле понимается бесконечная малость R (h) по сравнению с h, различают слабый дифференциал, или дифференциал Гато, и сильный дифференциал, или дифференциал Фреше. Если существует сильный Д., то существует и слабый Д., равный сильному Д. Слабый Д. может существовать и тогда, когда сильный не существует.
В случае f (x) ≡ x из общего определения следует, что df = h, т. е. можно приращение h считать Д. аргумента x и обозначать dx.
Если сделать теперь переменной точку x, в которой определяется Д. df, то он будет функцией двух переменных:
df (x; h).
Далее, считая h = h2 постоянным, можно найти Д. от дифференциала df (x; h2) как главную часть приращения
df (x + h3; h2) — df (x; h2),
где h3 — некоторое второе, не связанное с h2 приращение x. Получаемый таким образом второй дифференциал d2f = d2f (x; h2, h3) является функцией трёх векторных аргументов x, h2 и h3, линейной по каждому из двух последних аргументов. Если d2f непрерывно зависит от x, то он симметричен относительно h2 и h3:
d2f (x; h2, h3) = d2f (x; h3, h2).
Аналогично определяется дифференциал dnf = dnf (x; h2,..., hn) любого порядка n.
В вариационном исчислении сам векторный аргумент x является функцией x (t), а дифференциалы df и d2f функционала f [x (t)] называются его первой и второй вариациями и обозначаются δf и δ2f.
Всюду выше речь шла об обобщении понятия Д. на числовые функции векторного аргумента. Существует обобщение понятия Д. и на случай вектор-функций, принимающих значения в банаховых пространствах.
Лит.: Ильин В. А., Позняк Э. Г., Основы математического анализа, 2 изд., М., 1967; Колмогоров А. Н., Фомин С. В., Элементы теории функций и функционального анализа, 2 изд., М., 1968; Фихтенгольц Г. М., Курс дифференциального и интегрального исчисления, 7 изд., т. 1, М., 1969; Кудрявцев Л. Д., Математический анализ, т. 1, М., 1970; Рудин У., Основы математического анализа, пер. с англ., М., 1966; Дьедонне Ж., Основы современного анализа, пер. с англ., М., 1964.
А. Н. Колмогоров.
II Дифференциа́л Дифференциальный механизм в приводе ведущих колёс автомобиля, трактора или др. транспортных машин. Д. обеспечивает вращение ведущих колёс с разными относительными скоростями при прохождении кривых участков пути.annettesa.livejournal.com
Министерство образования и молодежной политики Ставропольского края
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
« Георгиевский региональный колледж «Интеграл»
ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ
По дисциплине « Математика: алгебра, начала математического анализа, геометрия»
на тему: «Дифференциалы и их приложения»
Выполнила студентка группы ЭКП-61,обучающаяся по специальности
«Экономика и бухгалтерский учет (по отраслям)»
Вирабян Оксана Тимуровна
Руководитель:
Дата сдачи: «____» ______________ 2017г.
Дата защиты: «____» ______________ 2017г.
Георгиевск
2017
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Пояснительная записка
Возникновение понятия дифференциала
Понятие дифференциала функции. Свойства. Применение дифференциала в приближенных вычислениях
Современное определение
Механическое истолкование
Геометрическая интерпретация
Производная и дифференциал
Что более универсально: приращение аргумента или его дифференциал?
Замена приращений дифференциалами
Дифференциал функции: примеры
Приближенные вычисления с применением дифференциала
Приближенные вычисления с помощью дифференциала функции одной переменной
Абсолютная и относительная погрешность вычислений
Оценка погрешности формул при помощи применения дифференциала
Почему дифференциал можно использовать в приближенных вычислениях?
О разных формах записи дифференциала
Заключение
Список используемых источников
Введение
В проекте рассматриваются понятия дифференциалов и их применение в различных областях науки.В практической части проекта представлены задачи различного содержания (экономического, химического и т.д.). Наряду с производными функций их дифференциалы – это одни из базовых понятий дифференциального исчисления, основного раздела математического анализа. Являясь неразрывно связанными между собой, оба они уже несколько столетий активно используются при решении практически всех задач, которые возникали в процессе научно-технической деятельности человека. В современном научном сообществе принято однозначно разделять науку на античный период и период нового времени. Но в чём же состоит отличие этих периодов? Чем принципиально отличался научный подход Платона, Аристотеля и прочих известных учёных античности от подхода крупных деятелей науки нового времени? В реальности, у разделения на два периода существует множество оснований. В рамках данной статьи мы рассмотрим одно, наиболее фундаментальное и показательное основание – возникновение дифференциального исчисления. Через предпосылки к появлению этого известнейшего метода в современной науке в трудах философов и математиков мы сможем проследить чёткую границу между античным и современным взглядом на науку, однозначно ответив на поставленные в начале статьи вопросы. Рубеж XVI-XVII вв. в истории науки действительно был переломным моментом, когда европейская наука совершила качественный скачок. В это время был совершен переход от античной науки к науке нового времени. Ни для кого не секрет, что «локомотивами» прогресса в рассматриваемый период были такие великие учёные как Рене Декарт, Галилео Галилей, Иоганн Кеплер, Бонавентура Кавальери, Исаак Ньютон. Каждый из них сказал свое новое слово в механике, математике, астрономии и прочих дисциплинах. Но не столько важны их заслуги в отдельных науках, сколько важен вклад в формирование методологии науки нового времени. Плоды трудов этих известных ученых в области методологии науки имели широкое распространение, и многие из них по сей день остаются основополагающими принципами современной науки. Легче всего связь методологических достижений самых крупных деятелей науки XVI-XVII вв. можно проследить именно через историю возникновения дифференциального исчисления и «принцип непрерывности», так или иначе встречающийся в трудах Кеплера, Кавальери, Декарта, а позднее Ньютона.
infourok.ru