M_R_W19_M3 Pochodna funkcji
Wyznaczanie pochodnych funkcji bezpośrednio z definicji pochodnej może okazać się wymagające i czasochłonne. W matematyce istnieje pewien zestaw funkcji zwanych funkcjami elementarnymi, które wykorzystuje się do wyznaczania pochodnych bardziej skomplikowanych funkcji, ich złożeń i odwrotności. Podczas tej lekcji poznasz wzory pozwalające szybko i efektywnie wyznaczyć pochodne pewnych funkcji.
Sklasyfikujesz wzory pochodnych wybranych funkcji elementarnych.
Na podstawie poznanych wzorów wyznaczysz pochodne przykładowych funkcji elementarnych.
Rozważmy funkcję oraz argument , w otoczeniu którego funkcja jest określona. Przypomnijmy, iż pochodną funkcji w punkcie , oznaczaną symbolem , definiujemy jako granicę właściwą ilorazu różnicowegoilorazu różnicowego:
Pochodną funkcji w punkcie możemy także zdefiniować jako granicę:
Oczywiście powyższe definicje są sobie równoważne, a w literaturze możesz spotkać obie z nich. Na potrzeby tego matriału będziemy stosować definicję drugą.
Wyznaczanie pochodnych funkcji bezpośrednio z definicji niejednokrotnie może okazać się wymagające i czasochłonne. Z pomocą przychodzą wzory ogólne pochodnych wybranych funkcji elementarnychfunkcji elementarnych. Wzory te wyrażać będą ogólną postać pochodnej rozważanej funkcji w dowolnym punkcie , w którym funkcja jest określona i różniczkowalna.
W trakcie tej lekcji poznasz wzory wyrażające pochodną funkcji stałej, pochodną funkcji potęgowej o wykładniku naturalnym, a także, ponadprogramowo, wzór wyrażający pochodną logarytmu naturalnegologarytmu naturalnego.
Pochodna funkcji stałej ,
Rozważmy funkcję stałą postaci , gdzie jest dowolną liczbą rzeczywistą. Wówczas pochodna funkcji stałej w dowolnym punkcie wyraża się wzorem:
Zauważ, że wyprowadzając pochodną funkcji bezpośrednio z definicji pochodnej, otrzymamy:
Znajdziemy pochodną funkcji stałej . Zgodnie z wprowadzonym powyżej wzorem, dostaniemy .
Wyznaczymy pochodną funkcji stałej . Otrzymamy .
Pochodna funkcji potęgowej dla
Rozważmy funkcję potęgową dla . Chcemy wyznaczyć pochodną tej funkcji w dowolnym punkcie . Skorzystamy najpierw bezpośrednio z definicji pochodnej. Otrzymamy:
Zatem dla dowolnego argumentu .
Wprowadzimy teraz wzór ogólny wyrażający pochodną dowolnej funkcji potęgowej o wykładniku naturalnym. Pochodna funkcji potęgowej , gdzie , dana jest wzorem:
Aby uzasadnić powyższy wzór, skorzystamy z definicji pochodnej funkcji oraz z dwumianu Newtonadwumianu Newtona. Otrzymamy wówczas:
Rozważamy raz jeszcze funkcję , której pochodną chcielibyśmy wyznaczyć korzystając z przedstawionego powyżej wzoru. Zauważamy, że zgodnie z powyższą postacią, wykładnik . Podstawiając do wprowadzonego wzoru dostaniemy , tak jak w przykładzie 2.
Znajdziemy pochodną funkcji . Stosując wzór na pochodną funkcji potęgowej, dla , otrzymamy .
Wprowadzony powyżej wzór znajduje zastosowanie również w szczególnym przypadku, gdy dana jest funkcja dla . Wtedy wykładnik , więc pochodna funkcji będzie postaci .
Pochodna logarytmu naturalnego dla
Rozważmy funkcję logarytmiczną postaci , gdzie . Pochodna logarytmu naturalnego dana jest wzorem:
Podsumowanie
Reasumując, zaprezentowane pochodne wybranych funkcji elementarnych zapiszemy w poniższej tabeli.
Wzór funkcji | Pochodna funkcji | Uwagi |
|---|---|---|
Zapoznaj się z poniższą infografiką. Następnie wykonaj kolejne zadania.
Wyznacz pochodne następujących funkcji:
,
,
,
.
Wyznacz pochodne następujących funkcji:
,
,
.
Poznane dotychczas wzory opisujące pochodne funkcji elementarnychfunkcji elementarnych będą znajdowały zastosowanie w optymalizacji. Najpierw jednak poznasz kolejne własności pojęcia pochodnej funkcji.
Jak już wiemy, jeśli jest funkcją potęgową postaci , gdzie , wówczas pochodna funkcji wyrażona jest za pomocą wzoru
Okazuje się, iż powyższy wzór pozostaje również prawdziwy dla funkcji potęgowych o dowolnym wykładniku rzeczywistym.
Niech będzie dowolną funkcją potęgową postaci , gdzie jest dowolnym wykładnikiem rzeczywistym. Wówczas pochodna funkcji wyraża się wzorem
Korzystając z definicji pochodnej funkcji w punkciepochodnej funkcji w punkcie, udowodnimy powyższe twierdzenie dla szczególnego przypadku funkcji , czyli funkcji . Niech będzie dowolnym argumentem, dla którego funkcja jest określona. Wówczas .
Zatem ostatecznie .
Zauważ, że stosując wprowadzony wzór na pochodną funkcji potęgowej o wykładniku rzeczywistym do funkcji otrzymamy ten sam wynik. Wystarczy funkcję zapisać w postaci , aby otrzymać .
Warto zwrócić uwagę na fakt użyteczności oraz możliwość obszernego zastosowania wprowadzonego powyżej wzoru. Za jego pomocą znaleźć możesz pochodne funkcji potęgowych nie tylko o wykładniku naturalnym, ale także pochodne funkcji potęgowych o wykładniku całkowitym ujemnym, jak na przykład , bądź pochodne funkcji potęgowych o wykładniku wymiernym, jak na przykład czy .
Rozpoczniemy od wyznaczenia pochodnych wybranych funkcji potęgowych o wykładniku całkowitym ujemnym.
Korzystając z wzoru na pochodną funkcji potęgowej, znajdziemy pochodną funkcji dla .
Rozwiązanie
Najpierw zapiszmy funkcję jako . Zauważmy, że wykładnik , zatem .
Rozważmy funkcję . Znajdziemy pochodną funkcji w dowolnym punkcie .
Rozwiązanie
Zauważ, że funkcję możemy zapisać w postaci , gdzie wykładnik . Korzystając z wzoru na pochodną funkcji potęgowej o wykładniku rzeczywistym, otrzymamy .
Kolejne funkcje, których pochodne wyznaczymy za pomocą powyższego wzoru, to funkcje potęgowe o wykładniku wymiernym dodatnim.
Znajdziemy pochodną funkcji dla .
Rozwiązanie
Funkcję zapiszemy w postaci , gdzie wykładnik .
Pochodna funkcji będzie postaci .
Wyznaczymy pochodną funkcji dla .
Rozwiązanie
W tym celu funkcję należy zapisać jako , aby otrzymać .
Na koniec wyznaczymy pochodne wybranych funkcji potęgowych o wykładniku wymiernym ujemnym.
Znajdziemy pochodną funkcji .
Rozwiązanie
Funkcję zapiszemy jako , gdzie wykładnik . Zatem pochodna funkcji będzie równa .
Rozważmy funkcję . Chcemy wyznaczyć pochodną tej funkcji korzystając z wzoru na pochodną funkcji potęgowej o wykładniku rzeczywistym.
Rozwiązanie
Zapiszemy najpierw funkcję w postaci . Zauważ, że wówczas wykładnik . Stosując się do wprowadzonego powyżej wzoru, otrzymamy .
Aby utrwalić wzór na pochodną funkcji potęgowej o wykładniku rzeczywistym, zagraj w poniższą grę.
Wykonaj dwanaście poniższych zadań.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D4D3QMHAD
Wyznacz pochodne następujących funkcji potęgowych:
,
.
Znajdź pochodne poniższych funkcji potęgowych o wykładniku rzeczywistym:
,
.
Wyznacz pochodne następujących funkcji:
,
,
.
Korzystając bezpośrednio z definicji pochodnej funkcji, wyznacz pochodną funkcji w dowolnym punkcie , w którym funkcja jest określona.
Wyznacz pochodne następujących funkcji:
,
,
.
Gdy alfa, należy do, liczby naturalne To jest 1. pierwszy_poprawny, 2. trzeci_niepoprawny, 3. drugi_porawny a to 1. pierwszy_poprawny, 2. trzeci_niepoprawny, 3. drugi_porawny element
Słownik
to stosunek przyrostu wartości funkcji do przyrostu argumentu funkcji. Dla funkcji oraz argumentów iloraz różnicowy wyrażony jest jako
to funkcje, które możemy otrzymać z tak zwanych podstawowych funkcji elementarnych za pomocą skończonej liczby działań arytmetycznych, składania oraz odwracania funkcji. Do podstawowych funkcji elementarnych należą:
funkcje stałe
funkcje potęgowe
funkcje wykładnicze
funkcje logarytmiczne
funkcje trygonometryczne
jeśli , to każdą naturalną potegę dwumianu możemy przedstawić w postaci sumy:
lub krócej przy pomocy notacji sumacyjnej
to logarytm o podstawie (liczba Eulera), gdzie . Logarytm naturalny oznaczany jest symbolem
funkcja określona wzorem . Dziedzina funkcji potęgowej zależy od wykładnika
granica właściwa ilorazu różnicowego