Лекции и конспекты по математике Примеры решения задч

  Замечание 4.5   Обозначим функцию $ f(x)$ через $ u$, а функцию $ g(x)$ через $ v$. Тогда формулы (4.7 - 4.10) можно более коротко записать в виде
$\displaystyle (u\pm v)'=u'\pm v';\quad (uv)'=u'v+v'u; \quad \left(\dfrac{u}{v}\right)'=\dfrac{u'v-v'u}{v^2}$ (при $\displaystyle v\ne0). $
Именно в таком кратком виде мы и рекомендуем запоминать эти формулы.     
        Следствие 4.1   Применяя формулу (4.9) к случаю, когда $ g(x)=k=\mathrm{const}$, и учитывая, что $ k'=0$ (см. формулу (4.5)), мы получаем, что
$\displaystyle (kf(x))'=kf'(x),$
то есть что постоянный множитель можно выносить из под знака производной.     

Из этого следствия и формулы (4.7) получается следующее свойство производных: если $ C_1$ и $ C_2$ -- постоянные и $ f_1,f_2$ -- дифференцируемые в точке $ x_0$ функции, то

$\displaystyle (C_1f_1(x)+C_2f_2(x))'=C_1f_1'(x)+C_2f_2'(x).$(4.11)

Если операцию вычисления производной в точке $ x_0$ обозначить $ D_{x_0}$, то есть $ {D_{x_0}(f(x))=f'(x_0)}$, то равенство (4.11) означает линейность этой операции дифференцирования в точке:
$\displaystyle D_{x_0}(C_1f_1(x)+C_2f_2(x))=C_1D_{x_0}(f_1(x))+C_2D_{x_0}(f_2(x)).$

Поскольку дифференцируемость функции на интервале или отрезке мы определяли как дифференцируемость в каждой точке этого интервала или отрезка, то тем самым мы показали, что операция $ D$ перехода от функции $ f$ к её производной $ f'$, $ D(f)=f'$, также обладает свойством линейности:

$\displaystyle D(C_1f_1+C_2f_2)=C_1D(f_1)+C_2D(f_2).$
При этом в случае отрезка действие $ D$ на функцию в точке, являющейся одним из концов отрезка, понимается как вычисление соответствующей односторонней производной: в левом конце -- правой, а в правом конце -- левой.

Эти результаты можно выразить ещё и таким образом. Рассмотрим пространство $ \mathcal{D}_{x_0}$ всех функций $ f$, определённых на некотором фиксированном интервале $ (x_0-{\delta};x_0+{\delta})$ и имеющих производную $ f'(x_0)$ в точке $ x_0$. Тогда операции умножения на постоянные множители и сложения не выводят из этого пространства, то есть пространство $ \mathcal{D}_{x_0}$ -- это линейное пространство; при этом операция $ D_{x_0}$ -- это линейная операция из пространства $ \mathcal{D}_{x_0}$ в линейное пространство вещественных чисел:

$\displaystyle D_{x_0}:\mathcal{D}_{x_0}\to\mathbb{R};\quad D_{x_0}:f(x)\mapsto f'(x_0).$

То же верно и для пространств функций, дифференцируемых на интервале $ (a;b)$ (обозначим это пространство $ \mathcal{D}_{(a;b)}$) или на отрезке $ [a;b]$ (обозначим это пространство $ \mathcal{D}_{[a;b]}$). Оба этих пространства -- линейные (то есть замкнуты относительно применения к функциям из этих пространств операций сложения и умножения на постоянные), а операция дифференцирования $ D$ действует как линейная операция из этих линейных пространств в линейное пространство функций, непрерывных на данном интервале (обозначим это пространство $ \mathcal{C}_{(a;b)}$; см. предложение 3.4) или отрезке (обозначим это пространство $ \mathcal{C}_{[a;b]}$; также см. предложение 3.4), так как в соответствии с теоремой 4.1 производная каждой дифференцируемой функции $ f(x)$ -- это непрерывная функция $ f'(x)=D(f(x))$:

$\displaystyle D:\mathcal{D}_{(a;b)}\to\mathcal{C}_{(a;b)};\quad D:f(x)\mapsto f'(x);$
$\displaystyle D:\mathcal{D}_{[a;b]}\to\mathcal{C}_{[a;b]};\quad D:f(x)\mapsto f'(x).$

Тем самым операция $ D$ -- это линейная функция, областью определения которой служит пространство всех дифференцируемых функций, а область значений $ \mathcal{E}(D)$ лежит в пространстве непрерывных функций. Функции, областями определения и областями значения которых служат некоторые пространства функций, в математике принято называть операторами. Таким образом, операция дифференцирования $ D$ -- это линейный оператор из линейного пространства $ \mathcal{D}_{(a;b)}$ в линейное пространство $ \mathcal{C}_{(a;b)}$ и из линейного пространства $ \mathcal{D}_{[a;b]}$ в линейное пространство $ \mathcal{C}_{[a;b]}$.    

Сдвиг вдоль обеих осей ( параллельный перенос ). График функции   получается из графика функции f(x) параллельным переносом на вектор . Пример. График функции ( рис. 5б ) получаем из графика функции ( рис.5а ) параллельным переносом на вектор  или последовательным сдвигом по оси OX на 3 единицы и по оси OY на –2 единицы. Отметим, что при перемещении точка ( 0; 1 ) графика функции  перейдет в точку ( 3; -1 ), а асимптота y = 0 функции   перейдет в асимптоту

 y = -2 функции .

 


 Рассмотрим метод деформации (растяжение, сжатие).

График функции  получаем из графика функции деформацией: при происходит сжатие в “k” раз, а при 0<k<1 растяжение в  раз. При этом сжатие происходит к оси OY, а растяжение – от оси OY, т.е. точка (0 , y) остается неподвижной.

Преобразования несобственных интегралов от одного типа к другому

 Если первообразная в несобственных интегралах определяется без затруднений, то вычисление самого интеграла через предельный переход (который зачастую и не выписывается, а лишь подразумевается в целях упрощения выкладок) не вызывает особых сложностей. Если же первообразную найти затруднительно или же встаёт вопрос о её существовании при разрыве подынтегральной функции, то желательно установить сходимость или расходимость исследуемого интеграла вообще без попыток определения первообразной. Такую возможность дают признаки сходимости несобственных интегралов с одной особой точкой, которые будут рассмотрены в последующих параграфах. Эти признаки (критерии) сходимости или расходимости несобственных интегралов по бесконечному промежутку и от разрывных функций во многом схожи, так как при некоторых допущениях на подынтегральную функцию несобственный интеграл второго рода (от разрывных функций) с помощью замены переменной можно привести к несобственному интегралу первого рода (по бесконечному промежутку ) и, наоборот, свести несобственный интеграл первого рода к несобственному интегралу второго рода.

 Пусть в несобственном интеграле второго рода  подынтегральная функция непрерывна при Точка  есть особая точка, где подынтегральная функция терпит бесконечный разрыв или вовсе не определена. Тогда согласно определению несобственного интеграла от разрывной функции (формула (2)) имеем: (*) . Сделаем замену переменной: пусть , , ; если , то ; если , то ; . Левую часть равенства (*) выражаем через новую переменную:  (**) . Если интеграл  сходится, то существует конечный предел: . Из равенства (**) следует, что и для интеграла  существует конечный предел: . Итак, можно сказать, что сходимость несобственного интеграла по бесконечному промежутку  влечёт сходимость несобственного интеграла от разрывной функции , , причём имеет место и равенство этих интегралов.

Математический анализ Типовые расчеты по математике