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導數的概念是什麼及幾何意義

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導數與物理,幾何,代數關係密切:在幾何中可求切線;在代數中可求瞬時變化率;在物理中可求速度、加速度。下面是本站小編給大家整理的導數的概念簡介,希望能幫到大家!

導數的概念是什麼及幾何意義
  導數的概念

導數(Derivative)是微積分中的重要基礎概念。當函式y=f(x)的自變數x在一點x0上產生一個增量Δx時,函式輸出值的增量Δy與自變數增量Δx的比值在Δx趨於0時的極限a如果存在,a即為在x0處的導數,記作f'(x0)或df(x0)/dx。

導數是函式的區域性性質。一個函式在某一點的導數描述了這個函式在這一點附近的變化率。如果函式的自變數和取值都是實數的話,函式在某一點的導數就是該函式所代表的曲線在這一點上的切線斜率。導數的本質是通過極限的概念對函式進行區域性的線性逼近。例如在運動學中,物體的位移對於時間的導數就是物體的瞬時速度。

不是所有的函式都有導數,一個函式也不一定在所有的點上都有導數。若某函式在某一點導數存在,則稱其在這一點可導,否則稱為不可導。然而,可導的'函式一定連續;不連續的函式一定不可導。

對於可導的函式f(x),x↦f'(x)也是一個函式,稱作f(x)的導函式(簡稱導數)。尋找已知的函式在某點的導數或其導函式的過程稱為求導。實質上,求導就是一個求極限的過程,導數的四則運算法則也來源於極限的四則運演算法則。反之,已知導函式也可以倒過來求原來的函式,即不定積分。微積分基本定理說明了求原函式與積分是等價的。求導和積分是一對互逆的操作,它們都是微積分學中最為基礎的概念。

  導數的求導法則

由基本函式的和、差、積、商或相互複合構成的函式的導函式則可以通過函式的求導法則來推導。基本的求導法則如下:

1、求導的線性:對函式的線性組合求導,等於先對其中每個部分求導後再取線性組合(即①式)。

2、兩個函式的乘積的導函式:一導乘二+一乘二導(即②式)。

3、兩個函式的商的導函式也是一個分式:(子導乘母-子乘母導)除以母平方(即③式)。

4、如果有複合函式,則用鏈式法則求導。

  導數的歷史沿革

起源

大約在1629年,法國數學家費馬研究了作曲線的切線和求函式極值的方法;1637年左右,他寫一篇手稿《求最大值與最小值的方法》。在作切線時,他構造了差分f(A+E)-f(A),發現的因子E就是我們所說的導數f'(A)。

發展

17世紀生產力的發展推動了自然科學和技術的發展,在前人創造性研究的基礎上,大數學家牛頓、萊布尼茨等從不同的角度開始系統地研究微積分。牛頓的微積分理論被稱為“流數術”,他稱變數為流量,稱變數的變化率為流數,相當於我們所說的導數。牛頓的有關“流數術”的主要著作是《求曲邊形面積》、《運用無窮多項方程的計演算法》和《流數術和無窮級數》,流數理論的實質概括為:他的重點在於一個變數的函式而不在於多變數的方程;在於自變數的變化與函式的變化的比的構成;最在於決定這個比當變化趨於零時的極限。

成熟

1750年達朗貝爾在為法國科學家院出版的《百科全書》第四版寫的“微分”條目中提出了關於導數的一種觀點,可以用現代符號簡單表示: 。

1823年,柯西在他的《無窮小分析概論》中定義導數:如果函式y=f(x)在變數x的兩個給定的界限之間保持連續,並且我們為這樣的變數指定一個包含在這兩個不同界限之間的值,那麼是使變數得到一個無窮小增量。19世紀60年代以後,魏爾斯特拉斯創造了ε-δ語言,對微積分中出現的各種型別的極限重加表達。

微積分學理論基礎,大體可以分為兩個部分。一個是實無限理論,即無限是一個具體的東西,一種真實的存在;另一種是潛無限理論,指一種意識形態上的過程,比如無限接近。

就數學歷史來看,兩種理論都有一定的道理,實無限就使用了150年。