- Производная тангенса
- Что такое производная тангенса
- Производная от тангенса в квадрате
- Производная от тангенса в кубе
- Примеры решения задач по теме «Производная тангенса»
- Производная по-шагам
- Результат
- Примеры производных
- Правила ввода
- Производная тангенса: (tg x)′
- Вывод формулы производной тангенса
- Пример
- Производные высших порядков
- Общая формула
- Решение производных
- Сложная функция. Производная сложной функции
- Что такое сложная функция?
- «Распаковка» сложной функции
- Внутренняя и внешняя функции
- Производная сложной функции
- Производная сложной функции равна произведению производной внешней функции по неизменной внутренней на производную внутренней функции.
Производная тангенса
Что такое производная тангенса
Производная тангенса рассчитывается, как отношение единицы к квадрату косинуса аналогичного аргумента.
Формула для данного определения будет записана, таким образом:
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Вывод данной закономерности достаточно просто представить, зная смысл тригонометрического уравнения следующего порядка:
Производные геометрических определений синуса и косинуса соответствуют значениям:
Исходя из правила производной дроби, можно определить, что:
Следует принять во внимание тождество:
Далее можно упростить числитель с учетом вышеуказанного уравнения:
Таким образом, записано доказательство определения.
Производная от тангенса в квадрате
Сформулируем выражение производной тангенса угла, обратного котангенсу:
Исходя из составного правила, применим: \(u ^<2>\) получим \(2u\)
Далее, руководствуясь правилами, выполним умножение на выражение:
Можно упростить полученное выражение и записать ответ:
Производная от тангенса в кубе
Первая производная степени будет записана таким образом:
Исходя из правила, применим: \(u ^<3>\) получим \(3u^<2>\)
Действие, обратное возведению числа в степень, является извлечением корня.
Далее, руководствуясь правилами, выполним умножение на выражение:
Плюс нужно переписать функции, чтобы выполнить дифференцирование:
Согласно правилу производной частного:
С целью определения \(\frac
Найти \(\frac
Далее следует использовать правило производной деления:
С помощью применения последовательности правил можно записать уравнение:
После упрощения получим ответ:
Примеры решения задач по теме «Производная тангенса»
Дана сложная функция: \(y = tg 2x\)
Необходимо определить производную тангенса этой функции.
Учитывая, что по определению производная тангенса представляет собой единицу, деленную на косинус в квадрате одного и того же аргумента. В связи с тем, что в условии записана сложная функция, следует дополнительно выполнить умножение на производную аргумента тангенса. В результате получим выражение: \(y’ = (tg 2x)’ = \frac<1> <\cos 2x>\cdot (2x)’ = \frac<1> <\cos 2x>\cdot 2 = \frac<2> <\cos 2x>\) .
Дана функция: y = tg^2 x. Необходимо найти производную от тангенса в квадрате.
Тангенс в данном случае представляет собой степенную функцию. Исходя из этого условия, следует взять производную по правилу:
Далее можно умножить выражение на производную тангенса: \(y’ = (tg^2 x)’ = 2tg x \cdot (tg x)’ =2tg x \cdot \frac<1> <\cos^2 x>= 2\frac
Производная по-шагам
Результат
Примеры производных
- Производные от степенных функций
- Производные от сложных функций
- Производные от показательных функций
- Производные от логарифмов
- Производные от обратных тригонометрических функций
- Производная неявной функции
- Частная производная функции
Указанные выше примеры содержат также:
- квадратные корни sqrt(x),
кубические корни cbrt(x) - тригонометрические функции:
синус sin(x), косинус cos(x), тангенс tan(x), котангенс ctan(x) - показательные функции и экспоненты exp(x)
- обратные тригонометрические функции:
арксинус asin(x), арккосинус acos(x), арктангенс atan(x), арккотангенс actan(x) - натуральные логарифмы ln(x),
десятичные логарифмы log(x) - гиперболические функции:
гиперболический синус sh(x), гиперболический косинус ch(x), гиперболический тангенс и котангенс tanh(x), ctanh(x) - обратные гиперболические функции:
asinh(x), acosh(x), atanh(x), actanh(x) - число Пи pi
- комплексное число i
Правила ввода
Можно делать следующие операции
2*x — умножение 3/x — деление x^3 — возведение в степень x + 7 — сложение x — 6 — вычитание Действительные числа вводить в виде 7.5, не 7,5
Чтобы увидеть подробное решение,
помогите рассказать об этом сайте:
Производная тангенса: (tg x)′
Производная по переменной x от тангенса x равна единице, деленной на косинус в квадрате от x:
( tg x )′ = .
Вывод формулы производной тангенса
Применяем эти формулы и правила к производной тангенса.
.
Формула производной тангенса доказана.
Производные синуса и косинуса определены для всех значений переменной x . Формула производной дроби (4) справедлива для тех значений переменной x , в которых существуют производные функций и и для которых знаменатель дроби не обращается в нуль:
.
Таким образом, производная тангенса справедлива для всех x , кроме точек, в которых . То есть кроме точек
,
где – целое число.
С другой стороны, сама функция y = tg x определена для всех x , кроме точек
.
Поэтому производная тангенса определена на всей области определения тангенса.
Пример
Найти производные от tg 2 x , tg 3 x и tg nx .
Найдем производную от функции tg nx .
Представим эту функцию как сложную, состоящую из двух функций:
1) Функции , зависящей от переменной : ;
2) Функции , зависящей от переменной : .
Тогда исходная функция является сложной функцией, составленной из функций и :
.
Найдем производную от функции по переменной x:
.
Найдем производную от функции по переменной :
.
Применяем правило дифференцирования сложной функции:
.
Заменим :
.
Подставляя вместо n значения и , получаем производные функций tg 2 x и tg 3 x :
;
.
Производные высших порядков
К сожалению, простой формулы, для производной n-го порядка от функции y = tg x , нет. Однако, если требуется найти производные высшего порядка, то процесс дифференцирования можно упростить и свести его к дифференцированию многочлена.
Для этого заметим, что производную от тангенса можно выразить через сам тангенс (через саму функцию):
.
Тем самым мы нашли дифференциальное уравнение, которому удовлетворяет тангенс:
(6) .
Найдем производную второго порядка, дифференцируя уравнение (6) и применяя правило дифференцирования сложной функции:
.
Подставим (6):
(7) .
Найдем производную третьего порядка. Для этого дифференцируем уравнение (7) и применяем правило дифференцирования сложной функции. Также используем выражение (6) для первой производной:
.
Аналогичным способом находим производные четвертого и пятого порядков:
;
.
В общем виде, производную n-го порядка, по переменной x от функции тангенс, , можно представить в виде многочлена по степеням тангенса:
.
Коэффициенты связаны рекуррентным соотношением:
,
где
; ;
.
Общая формула
Процесс дифференцирования можно представить одной формулой. Для этого заметим, что
.
Тогда n-я производная тангенса имеет следующий вид:
,
где .
Автор: Олег Одинцов . Опубликовано: 09-03-2017
Решение производных
Данный онлайн калькулятор вычисляет производную функции. Программа не только вычисляет ответ, она производит пошаговое решение. Выбирается порядок дифференцирования.
Как пользоваться калькулятором для нахождения производных онлайн:
1. Введите математическое выражение с переменной x, в выражении используйте стандартные операции: + сложение, — вычитание, / деление, * умножение, ^ — возведение в степень, а также математические функции.
2. Выберите порядок дифференцирования (решения производных от первого до пятого порядка включительно).
3. Нажмите кнопку — Вычислить производную.
4. Через несколько секунд внизу отобразится пошаговое решение производной с подробными комментариями.
При помощи нашего калькулятора вы можете найти производную онлайн как от элементарной функции, так и от сложной, не имеющей решения в аналитическом виде.
Калькулятор поможет найти производную функции онлайн.
Для получения полного хода решения нажимаем в ответе Step-by-step.
- : x^a
- : Sqrt[x]
- : x^(1/n)
- : a^x
- : Log[a, x]
- : Log[x]
- : cos[x] или Cos[x]
- : sin[x] или Sin[x]
- : tan[x] или Tan[x]
- : cot[x] или Cot[x]
- : sec[x] или Sec[x]
- : csc[x] или Csc[x]
- : ArcCos[x]
- : ArcSin[x]
- : ArcTan[x]
- : ArcCot[x]
- : ArcSec[x]
- : ArcCsc[x]
- : cosh[x] или Cosh[x]
- : sinh[x] или Sinh[x]
- : tanh[x] или Tanh[x]
- : coth[x] или Coth[x]
- : sech[x] или Sech[x]
- : csch[x] или Csch[е]
- : ArcCosh[x]
- : ArcSinh[x]
- : ArcTanh[x]
- : ArcCoth[x]
- : ArcSech[x]
- : ArcCsch[x]
- [19.67] =19: integral part of (19.67) — выделяет целую часть числа (integerPart)
Для того, чтобы найти производную функции нужно написать в строке: f[x], x. Если Вам требуется найти производную n-го порядка, то следует написать: f[x],
Важно подчеркнуть, что калькулятор выдает пошаговое нахождение производной при нажатии на «Show Steps» в правом верхнем углу выдаваемого ей ответа.
Сложная функция. Производная сложной функции
Раз ты зашел сюда, то уже, наверное, успел увидеть в учебнике эту формулу
Друг, не переживай! На самом деле все просто до безобразия. Ты обязательно все поймешь. Только одна просьба – прочитай статью не торопясь, старайся понять каждый шаг. Я писал максимально просто и наглядно, но вникнуть в идею всё равно надо. И обязательно реши задания из статьи.
Что такое сложная функция?
Представь, что ты переезжаешь в другую квартиру и поэтому собираешь вещи в большие коробки. Пусть надо собрать какие-нибудь мелкие предметы, например, школьные письменные принадлежности. Если просто скидать их в огромную коробку, то они затеряются среди других вещей. Чтобы этого избежать, ты сначала кладешь их, например, в пакет, который затем укладываешь в большую коробку, после чего ее запечатываешь. Этот «сложнейший» процесс представлен на схеме ниже:
Казалось бы, причем здесь математика? Да притом, что сложная функция формируется ТОЧНО ТАКИМ ЖЕ способом! Только «упаковываем» мы не тетради и ручки, а \(x\), при этом «пакетами» и «коробками» служат разные функции .
Например, возьмем x и «запакуем» его в функцию косинуса :
В результате получим, ясное дело, \(\cosx\). Это наш «пакет с вещами». А теперь кладем его в «коробку» — запаковываем, например, в кубическую функцию.
Что получится в итоге? Да, верно, будет «пакет с вещами в коробке», то есть «косинус икса в кубе».
Получившаяся конструкция и есть сложная функция. Она отличается от простой тем, что к одному иксу применяется НЕСКОЛЬКО «воздействий» (упаковок) подряд и получается как бы «функция от функции» — «упаковка в упаковке».
В школьном курсе видов этих самых «упаковок» совсем мало, всего четыре :
Давай теперь «упакуем» икс сначала в показательную функцию с основанием 7, а потом в тригонометрическую функцию тангенс . Получим:
А теперь «упакуем» икс два раза в тригонометрические функции, сначала в синус , а потом в котангенс :
Напиши теперь сам функции, где икс:
— сначала «упаковывается» в косинус, а потом в показательную функцию с основанием \(3\);
— сначала в пятую степень, а затем в тангенс;
— сначала в логарифм по основанию \(4\) , затем в степень \(-2\).
Ответы на это задание посмотри в конце статьи.
А можем ли мы «упаковать» икс не два, а три раза? Да, без проблем! И четыре, и пять, и двадцать пять раз. Вот, например, функция, в которой икс «упакован» \(4\) раза:
Но такие формулы в школьной практике не встретятся (студентам повезло больше — у них может быть и посложнее☺).
«Распаковка» сложной функции
Посмотри на предыдущую функцию еще раз. Сможешь ли ты разобраться в последовательности «упаковки»? Во что икс запихнули сначала, во что потом и так далее до самого конца. То есть — какая функция вложена в какую? Возьми листок и запиши, как ты считаешь. Можно сделать это цепочкой со стрелками как мы писали выше или любым другим способом.
Теперь правильный ответ: сначала икс «упаковали» в \(4\)-ую степень, потом результат упаковали в синус, его в свою очередь поместили в логарифм по основанию \(2\), и в конце концов всю эту конструкцию засунули в степень пятерки.
То есть разматывать последовательность надо В ОБРАТНОМ ПОРЯДКЕ. И тут подсказка как это делать проще: сразу смотри на икс – от него и надо плясать. Давай разберем несколько примеров.
Например, вот такая функция: \(y=tg(\log_2x )\). Смотрим на икс – что с ним происходит сначала? Берется логарифм от него. А потом? Берется тангенс от результата. Вот и последовательность будет такая же:
Еще пример: \(y=\cos<(x^3 )>\). Анализируем – сначала икс возвели в куб, а потом от результата взяли косинус. Значит, последовательность будет: \(x → x^3 → \cos<(x^3 )>\). Обрати внимание, функция вроде бы похожа на самую первую (там, где с картинками). Но это совсем другая функция: здесь в кубе икс (то есть \(\cos<(x·x·x)>)\), а там в кубе косинус \(x\) (то есть, \(\cosx·\cosx·\cosx\)). Эта разница возникает из-за разных последовательностей «упаковки».
Последний пример (с важной информацией в нем): \(y=\sin<(2x+5)>\). Понятно, что здесь сначала сделали арифметические действия с иксом, потом от результата взяли синус: \(x → 2x+5 → \sin<(2x+5)>\). И это важный момент: несмотря на то, что арифметические действия функциями сами по себе не являются, здесь они тоже выступают как способ «упаковки». Давай немного углубимся в эту тонкость.
Как я уже говорил выше, в простых функциях икс «упаковывается» один раз, а в сложных — два и более. При этом любая комбинация простых функций (то есть их сумма, разность, умножение или деление) — тоже простая функция. Например, \(x^7\) – простая функция и \(ctg x\) — тоже. Значит и все их комбинации являются простыми функциями:
\(x^7+ ctg x\) — простая,
\(x^7· ctg x\) – простая,
\(\frac
Однако если к такой комбинации применить еще одну функцию – будет уже сложная функция, так как «упаковок» станет две. Смотри схему:
Хорошо, давай теперь сам. Напиши последовательность «заворачивания» функций:
\(y=cos<(sinx)>\)
\(y=5^
\(y=arctg<11^x>\)
\(y=log_2(1+x)\)
Ответы опять в конце статьи.
Внутренняя и внешняя функции
Зачем же нам нужно разбираться во вложенности функций? Что нам это дает? Дело в том, что без такого анализа мы не сможем надежно находить производные разобранных выше функций.
И для того, чтобы двигаться дальше, нам будут нужны еще два понятия: внутренняя и внешняя функции. Это очень простая вещь, более того, на самом деле мы их уже разобрали выше: если вспомнить нашу аналогию в самом начале, то внутренняя функция — это «пакет», а внешняя – это «коробка». Т.е. то, во что икс «заворачивают» сначала – это внутренняя функция, а то, во что «заворачивают» внутреннюю – уже внешняя. Ну, понятно почему – она ж снаружи, значит внешняя.
Вот в этом примере: \(y=tg(log_2x )\), функция \(\log_2x\) – внутренняя, а — внешняя.
А в этом: \(y=\cos<(x^3+2x+1)>\), \(x^3+2x+1\) — внутренняя, а — внешняя.
Выполни последнюю практику анализа сложных функций, и перейдем, наконец, к тому, ради чего всё затевалось — будем находить производные сложных функций:
Заполни пропуски в таблице:
Производная сложной функции
Браво нам, мы всё ж таки добрались до «босса» этой темы – собственно, производной сложной функции, а конкретно, до той самой ужасной формулы из начала статьи.☺
Производная сложной функции равна произведению производной внешней функции по неизменной внутренней на производную внутренней функции.
И сразу смотри схему разбора «по словам» чтобы понимать, что к чему относится:
Надеюсь, термины «производная» и «произведение» затруднений не вызывают. «Сложную функцию» — мы уже разобрали. Загвоздка в «производной внешней функции по неизменной внутренней». Что это такое?
Ответ: это обычная производная внешней функции, при которой изменяется только внешняя функция, а внутренняя остается такой же. Все равно непонятно? Хорошо, давай на примере.
Пусть у нас есть функция \(y=\sin(x^3 )\). Понятно, что внутренняя функция здесь \(x^3\), а внешняя . Найдем теперь производную внешней по неизменной внутренней.
Из таблицы производных мы знаем, что производная синуса икс есть косинус икс (табличные значения надо знать наизусть!): \((<\sin
Тогда производная внешней функции по неизменной внутренней для нашего случая будет \(\cos(x^3)\). То есть, мы взяли ее как обычную производную синуса, а содержимое синуса (внутреннюю функцию) просто скопировали в полученную производную (косинус), ничего в ней не меняя.
Таким образом, на данный момент имеем:
Осталась «производная внутренней функции». Ну, это совсем легко – обычная производная от внутренней функции, при этом внешняя не влияет вообще никак. В нашем примере, производная от \(x^3\).
Все, теперь можем писать ответ:
Вот так. Давай еще один пример разберем.
Пусть надо найти производную функции \(y=(\sinx )^3\).
Анализируем. Последовательность «заворачивания» у нас такая: \(x → \sinx → (\sinx )^3\). Значит, в данном примере внутренняя функция это \(\sinx\), а внешняя .
Производная внешней по внутренней – это производная куба (содержимое куба при этом не меняется). Так как , а в нашем случае в куб «завернут» \(\sinx\), то производная внешней будет \(3(\sinx)^2\). То есть, имеем:
Ну, а производная внутренней – это просто производная синуса икс, то есть косинус икс.
Понятно?
Ладно, ладно, вот еще один пример с разбором. ☺
Пример. Найти производную сложной функции \(y=\ln(x^2-x)\).
Разбираем вложенность функций: \(x → x^2-x → \ln(x^2-x)\).
Внутренняя: \(x^2-x\). Внешняя: .
Из таблицы производных знаем:.
То есть производная внешней по внутренней будет: \(\ln(x^2-x)’=\) \(\frac<1>
Производная внутренней: \((x^2-x)’= (x^2)’-(x)’=2x-1\).
В итоге, согласно большой и страшной формуле имеем:
Ну и напоследок можно немного «причесать» ответ, чтоб никто не докопался:
Что, еще примеров желаешь? Легко.
Пример. Найти производную сложной функции \(y=\sin<(\cosx)>\).
Вложенность функций: \(x → \cosx → \sin<(\cosx)>\)
Внутренняя: \(\cosx\) Внешняя:
Производная внешней по внутренней: \(\sin<(\cosx )>‘=\cos<\cosx>\)
Производная внутренней: \((\cosx )’= -\sinx\)
Имеем: \(y’=(\sin<(\cosx)>)’=\cos<\cosx>·(-\sinx )=-\cos <\cosx>·\sinx\)
Замечание: Обрати внимание, что заменить запись \(\cos<\cosx>\) на \(\cos^2x\) НЕЛЬЗЯ, так как \(\cos^2x\) — это комбинация простых функций \(\cos^ 2x=\cosx·\cosx\), а \(\cos<\cosx>\) – сложная функция: косинус от косинуса икс. Это абсолютно разные функции.
Еще пример с важным замечанием в нем.
Пример. Найти производную сложной функции \(y=\sqrt
Вложенность функций: \(x → x^6 → \sqrt
Внутренняя: \(x^6\) Внешняя:
Производная внешней по внутренней: \(\sqrt
Производная внутренней: \((x^6)’= 6x^5\)
Имеем: \((\sqrt
И теперь упростим ответ. Вспомним свойство корня: \(\sqrt[b]
Всё. А теперь, собственно, важное замечание:
Давай рассмотрим пример, где эта идея нам сильно поможет.
Пример. Найти производную сложной функции \(y=\ln(x^3)\).
Можно, конечно, рассмотреть вложенность функций: \(x → x^3 → \ln(x^3 )\), разобрать на внутреннюю и внешнюю и так далее. Но можно вспомнить свойство логарифма: \(\log_a=c·\log_a<b>\). И тогда функция получается \(y=\ln(x^3 )=3\lnx\). Отлично! Берем производную:
Теперь задачка посложнее, для продвинутых. Решим пример с тройной вложенностью!
Пример. Найти производную сложной функции \(y=3^<\sin(x^4+1)>\).
Вложенность функций: \(x → x^4+1 → \sin(x^4+1) → 3^<\sin(x^4+1)>\)
Внутренняя: \(x^4+1\) Средняя: Внешняя:
Сначала производная внешней по средней. Вспоминаем таблицу производных: . Значит, в нашем случае будет \(3^<\sin(x^4+1)>·\ln3\).
Хорошо, теперь производная средней по внутренней. По таблице: . Значит, мы получим, \(\sin(x^4+1)’=\cos(x^4+1)\).
И наконец, производная внутренней: \((x^4+1)’=(x^4 )’+(1)’=4x^3\).
Отлично. Теперь собираем все вместе, перемножая отдельные производные:
Ну, а что ты хотел, я сразу сказал – пример для продвинутых! А представь, что будет с четырехкратной или пятикратной вложенностью? ☺
Пример: Найти производную сложной функции \(y=tg(7^x)\).
Разбираем вложенность функций: \(x \: → \:7^x \: → \:tg(7^x)\).
Внутренняя: \(7^x\) Внешняя: \(tg(7^x)\).
Ищем производную самой внешней функции, внутреннюю при этом не трогаем.
Из таблицы производных знаем: .
То есть, в нашем случае производная внешней по внутренней будет: \(\frac<1><\cos^2(7^x)>\) .
Теперь ищем производную внутренней. Этой формулой мы уже пользовались, так что сразу пишем ответ: \((7^x)’=7^x·\ln7\).
И перемножаем результаты:
Ну, теперь думаю всё понятно? И снова повторю – не пугайся сложных конструкций в ответах и промежуточных вычислениях. Они «на лицо ужасные», но зато добрые (в смысле простые) внутри. ☺ Пойми принцип и делай все последовательно.
Последний пример. Такие задания в разных вариациях весьма часто дают на контрольных и тестах. Он вроде как считается сложным. ☺ Хех, наивные учителя. ☺
Пример: Найти производную сложной функции \(y=\sqrt[3]<(x^5+2x-5)^2>\).
Казалось бы, опять у нас тройная вложенность функций:
Но давай снова воспользуемся свойством корня \(\sqrt[b]
Вот так. И теперь у нас вложенность двойная: \(x → x^5+2x-5 → (x^5+2x-5)^<\frac<2><3>>\)
При этом функция осталась той же! Удобное свойство, однако. Стоит его запомнить, да? ☺ Ладно, поехали дальше.
Внутренняя функция: \(x^5+2x-5\). Внешняя: .
Производная внешней по внутренней. По таблице производных общая формула производной степенной функции: . Получаем: . Тогда в нашем случае будет: \(\frac<2><3>(x^5+2x-5)^<-\frac<1><3>>\).
Производная внутренней: \((x^5+2x-5)’=5x^4+2\).
Общий результат: \(y ‘=(\sqrt[3]<(x^5+2x-5)^2>)’=((x^5+2x-5)^<\frac<2><3>> )’=\frac<2><3>(x^5+2x-5)^<-\frac<1><3>>·(5x^4+2)\).
В принципе, ответ найден. Но здесь можно сильно «причесать» результаты. Это может показаться сложным, но это не так, просто опять нагромождения символов большое и возникает такое ложное ощущение. На всякий случай помни: «не причесанный» ответ – тоже ответ. Поэтому если не поймешь дальнейших преобразований – не критично. Ладно, расческу в руки и вперед.
Вспоминаем свойство отрицательной степени \(a^<-n>=\) \(\frac<1>\) . Получаем:
Найти производные функций:
Ответы ко всем заданиям (вперемежку).
\(x → 1+x → \log_2 <(1+x)>\)
\(x → 11^x → arctg(11^x) \)
\(x → x^7 → 5^
\(x → \sinx → \cos(\sinx)\)
detector