高等数学 2.5 函数的微分
文章目录
- 一、微分的定义
- 二、微分的几何意义
- 三、微分运算
- 1、函数和、差、积、商的微分法则
- 2、复合函数的微分法则
- 四、微分在近似计算中的应用
一、微分的定义
定义 设函数 y = f ( x ) y = f(x) y=f(x) 在某区间内有定义, x 0 x_0 x0 及 x 0 + Δ x x_0 + \Delta x x0+Δx 在这区间内,如果函数的增量
Δ y = f ( x 0 + Δ x ) − f ( x 0 ) \Delta y = f(x_0 + \Delta x) - f(x_0) Δy=f(x0+Δx)−f(x0)
可表示为
Δ y = A Δ x + o ( x ) , (1) \Delta y = A \Delta x + o(x) , \tag{1} Δy=AΔx+o(x),(1)
其中 A A A 是不依赖于 Δ x \Delta x Δx 的常数,那么称函数 y = f ( x ) y = f(x) y=f(x) 在点 x 0 x_0 x0 是可微的,而 A Δ x A \Delta x AΔx 叫做函数 y = f ( x ) y = f(x) y=f(x) 在点 x 0 x_0 x0 相应于自变量增量 Δ x \Delta x Δx 的微分,记作 d y \mathrm{d}y dy ,即
d y = A Δ x \mathrm{d}y = A \Delta x dy=AΔx
下面讨论函数可微的条件。设函数
y
=
f
(
x
)
y = f(x)
y=f(x) 在点
x
0
x_0
x0 可微,则按定义有
(
1
)
(1)
(1) 式成立。
(
1
)
(1)
(1) 式两边除以
Δ
x
\Delta x
Δx ,得
Δ
y
Δ
x
=
A
+
o
(
x
)
Δ
x
\cfrac{\Delta y}{\Delta x} = A + \cfrac{o(x)}{\Delta x}
ΔxΔy=A+Δxo(x)
于是,当
Δ
x
→
0
\Delta x \to 0
Δx→0 时,由上式可得
A
=
lim
Δ
x
→
0
Δ
y
Δ
x
=
f
′
(
x
0
)
A = \lim_{\Delta x \to 0} \cfrac{\Delta y}{\Delta x} = f'(x_0)
A=Δx→0limΔxΔy=f′(x0)
因此,如果函数
y
=
f
(
x
)
y = f(x)
y=f(x) 在点
x
0
x_0
x0 可微,那么
f
(
x
)
f(x)
f(x) 在点
x
0
x_0
x0 也一定可导(即
f
′
(
x
0
)
f'(x_0)
f′(x0) 存在),且
A
=
f
′
(
x
0
)
A = f'(x_0)
A=f′(x0) 。
反之,如果
y
=
f
(
x
)
y = f(x)
y=f(x) 在点
x
0
x_0
x0 可导,即
lim
Δ
x
→
0
Δ
y
Δ
x
=
f
′
(
x
0
)
\lim_{\Delta x \to 0} \cfrac{\Delta y}{\Delta x} = f'(x_0)
Δx→0limΔxΔy=f′(x0)
存在,根据极限与无穷小的关系,上式可写成
Δ
y
Δ
x
=
f
′
(
x
0
)
+
α
\cfrac{\Delta y}{\Delta x} = f'(x_0) + \alpha
ΔxΔy=f′(x0)+α
其中
α
→
0
\alpha \to 0
α→0 (当
Δ
x
→
0
\Delta x \to 0
Δx→0)。由此又有
Δ
y
=
f
′
(
x
0
)
Δ
x
+
α
Δ
x
.
\Delta y = f'(x_0) \Delta x + \alpha \Delta x .
Δy=f′(x0)Δx+αΔx.
因
α
Δ
x
=
o
(
x
)
\alpha \Delta x = o(x)
αΔx=o(x) ,且
f
′
(
x
)
f'(x)
f′(x) 不依赖于
Δ
x
\Delta x
Δx ,故上式相当于
(
1
)
(1)
(1) 式。所以
f
(
x
)
f(x)
f(x) 在点
x
0
x_0
x0 也是可微的。
由此可见,函数
f
(
x
)
f(x)
f(x) 在点
x
0
x_0
x0 可微的充分必要条件是函数
f
(
x
)
f(x)
f(x) 在点
x
0
x_0
x0 可导,且当
f
(
x
)
f(x)
f(x) 在点
x
0
x_0
x0 可微时,其微分一定是
d
y
=
f
′
(
x
)
Δ
x
.
(2)
\mathrm{d}y = f'(x) \Delta x . \tag{2}
dy=f′(x)Δx.(2)
当
f
′
(
x
)
≠
0
f'(x) \neq 0
f′(x)=0 时,有
lim
Δ
x
→
0
Δ
y
d
y
=
lim
Δ
x
→
0
Δ
y
f
′
(
x
0
)
Δ
x
=
1
f
′
(
x
0
)
lim
Δ
x
→
0
Δ
y
Δ
x
=
1.
\lim_{\Delta x \to 0} \cfrac{\Delta y}{\mathrm{d}y} = \lim_{\Delta x \to 0} \cfrac{\Delta y}{f'(x_0) \Delta x} = \cfrac{1}{f'(x_0)} \lim_{\Delta x \to 0} \cfrac{\Delta y}{\Delta x} = 1 .
Δx→0limdyΔy=Δx→0limf′(x0)ΔxΔy=f′(x0)1Δx→0limΔxΔy=1.
从而,当
Δ
→
0
\Delta \to 0
Δ→0 时,
Δ
y
\Delta y
Δy 与
d
y
\mathrm{d}y
dy 是等价无穷小,于是有
Δ
y
=
d
y
+
o
(
d
y
)
,
(3)
\Delta y = \mathrm{d}y + o(\mathrm{d}y) , \tag{3}
Δy=dy+o(dy),(3)
即
d
y
\mathrm{d}y
dy 是
Δ
y
\Delta y
Δy 的主部。又由于
d
y
=
f
′
(
x
)
Δ
x
\mathrm{d}y = f'(x) \Delta x
dy=f′(x)Δx 是
Δ
x
\Delta x
Δx 的线性函数,所以在
f
′
(
x
0
)
≠
0
f'(x_0) \neq 0
f′(x0)=0 的条件下,我们说
d
y
\mathrm{d}y
dy 是
Δ
y
\Delta y
Δy 的线性主部(当
Δ
x
→
0
\Delta x \to 0
Δx→0).于是我们得到结论:在
f
′
(
x
0
)
≠
0
f'(x_0) \neq 0
f′(x0)=0 的条件下,以微分
d
y
=
f
′
(
x
0
)
Δ
x
\mathrm{d}y = f'(x_0) \Delta x
dy=f′(x0)Δx 近似代替增量
Δ
y
=
f
(
x
0
+
Δ
x
)
−
f
(
x
0
)
\Delta y = f(x_0 + \Delta x) - f(x_0)
Δy=f(x0+Δx)−f(x0) 时,其误差为
o
(
d
y
)
o(\mathrm{d}y)
o(dy) ,因此,在
∣
Δ
x
∣
| \Delta x |
∣Δx∣ 很小时,有近似等式
Δ
y
≈
d
y
.
\Delta y \approx \mathrm{d}y .
Δy≈dy.
例1 求函数
y
=
x
2
y = x^2
y=x2 在
x
=
1
x = 1
x=1 和
x
=
3
x = 3
x=3 处的微分。
解:函数
y
=
x
2
y = x^2
y=x2 在
x
=
1
x = 1
x=1 处的微分为
d
y
=
(
x
2
)
′
∣
x
=
1
Δ
x
=
2
Δ
x
,
\mathrm{d}y = \left . (x^2)' \right|_{x = 1} \Delta x = 2 \Delta x ,
dy=(x2)′
x=1Δx=2Δx,
在
x
=
3
x = 3
x=3 处的微分为
d
y
=
(
x
2
)
′
∣
x
=
3
Δ
x
=
6
Δ
x
,
\mathrm{d}y = \left . (x^2)' \right|_{x = 3} \Delta x = 6 \Delta x ,
dy=(x2)′
x=3Δx=6Δx,
函数
y
=
f
(
x
)
y = f(x)
y=f(x) 在任意点
x
x
x 的微分,称为函数的微分,记作
d
y
\mathrm{d}y
dy 或
d
f
(
x
)
\mathrm{d} f(x)
df(x) ,即
d
y
=
f
′
(
x
)
Δ
x
.
\mathrm{d}y = f'(x) \Delta x .
dy=f′(x)Δx.
显然,函数的微分 d y = f ′ ( x ) Δ x \mathrm{d}y = f'(x) \Delta x dy=f′(x)Δx 与 x x x 和 Δ x \Delta x Δx 有关。
例2 求函数
y
=
x
3
y = x^3
y=x3 当
x
=
2
x = 2
x=2 ,
Δ
x
=
0.02
\Delta x = 0.02
Δx=0.02 时的微分。
解:先求函数在任意点
x
x
x 的微分
d
y
=
(
x
3
)
′
Δ
x
=
3
x
2
Δ
x
.
\mathrm{d}y = (x^3)' \Delta x = 3x^2 \Delta x .
dy=(x3)′Δx=3x2Δx.
再求函数当
x
=
2
x = 2
x=2 ,
Δ
x
=
0.02
\Delta x = 0.02
Δx=0.02 时的微分
d
y
∣
x
=
2
,
Δ
x
=
0.02
=
(
3
x
2
)
Δ
x
∣
x
=
2
,
Δ
x
=
0.02
=
3
×
2
2
×
0.02
=
0.24.
\left . \mathrm{d}y \right|_{x = 2 , \Delta x = 0.02} = \left . (3x^2) \Delta x \right|_{x = 2 , \Delta x = 0.02} = 3 \times 2^2 \times 0.02 = 0.24.
dy∣x=2,Δx=0.02=(3x2)Δx
x=2,Δx=0.02=3×22×0.02=0.24.
通常把自变量
x
x
x 的增量
Δ
x
\Delta x
Δx 称为自变量的微分,记作
d
x
\mathrm{d}x
dx ,即
d
x
=
Δ
x
\mathrm{d}x = \Delta x
dx=Δx 。于是函数
y
=
f
(
x
)
y = f(x)
y=f(x) 的微分又可以记作
d
y
=
f
′
(
x
)
d
x
.
\mathrm{d}y = f'(x) \mathrm{d}x .
dy=f′(x)dx.
从而有
d
y
d
x
=
f
′
(
x
)
.
\cfrac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} = f'(x) .
dxdy=f′(x).
这就是说,函数的微分
d
y
\mathrm{d}y
dy 与自变量的微分
d
x
\mathrm{d}x
dx 之商等于该函数的导数。因此,导数也叫做“微商”。
二、微分的几何意义
三、微分运算
从函数的微分的表达式
d
y
=
f
′
(
x
)
d
x
\mathrm{d}y = f'(x) \mathrm{d}x
dy=f′(x)dx
可以看出,要计算函数的微分,只需要计算函数的导数,再乘以自变量的微分。
1、函数和、差、积、商的微分法则
(1)
d
(
u
±
v
)
=
d
u
±
d
v
\mathrm{d}(u \pm v) = \mathrm{d}u \pm \mathrm{d}v
d(u±v)=du±dv .
(2)
d
(
C
u
)
=
C
d
u
\mathrm{d}(Cu) = C \mathrm{d}u
d(Cu)=Cdu
(3)
d
(
u
v
)
=
v
d
u
+
u
d
v
\mathrm{d} (uv) = v \mathrm{d}u + u \mathrm{d}v
d(uv)=vdu+udv
(4)
d
(
u
v
)
=
v
d
u
−
u
d
v
v
2
(
v
≠
0
)
\mathrm{d} \left( \cfrac{u}{v} \right) = \cfrac{v \mathrm{d}u - u \mathrm{d}v}{v^2} \quad (v \neq 0)
d(vu)=v2vdu−udv(v=0).
2、复合函数的微分法则
与复合函数的求导法则相应地复合函数的微分法则可推导如下:
设
y
=
f
(
u
)
y = f(u)
y=f(u) 及
u
=
g
(
x
)
u = \mathrm{g}(x)
u=g(x) 都可导,则复合函数
y
=
f
[
g
(
x
)
]
y = f[\mathrm{g}(x)]
y=f[g(x)] 的微分为
d y = y x ′ d x = f ′ ( u ) g ′ ( x ) d x . \mathrm{d}y = y'_x \mathrm{d}x = f'(u) \mathrm{g}'(x)\mathrm{d}x . dy=yx′dx=f′(u)g′(x)dx.
由于 g ′ ( x ) d x = d u \mathrm{g}'(x) \mathrm{d}x = \mathrm{d}u g′(x)dx=du ,所以,复合函数 y = f [ g ( x ) ] y = f[\mathrm{g}(x)] y=f[g(x)] 的微分公式也可以写成
KaTeX parse error: Can't use function '$' in math mode at position 2: $̲y = f[\mathrm{g…
由此可见,无论 u u u 是自变量还是中间变量,微分形式 d y = f ′ ( u ) d u \mathrm{d}y = f'(u) \mathrm{d}u dy=f′(u)du 保持不变。这一性质称为微分形式不变性。这性质表示,当变换自变量时,微分形式 d y = f ′ ( u ) d u \mathrm{d}y = f'(u) \mathrm{d}u dy=f′(u)du 并不改变。
例3 设
y
=
sin
(
2
x
+
1
)
y = \sin{(2x + 1)}
y=sin(2x+1) ,求
d
y
\mathrm{d}y
dy .
解:把
2
x
+
1
2x + 1
2x+1 看成中间变量
u
u
u ,则
d
y
=
d
(
sin
u
)
=
cos
u
d
u
=
cos
(
2
x
+
1
)
d
(
2
x
+
1
)
=
2
cos
(
2
x
+
1
)
d
x
\mathrm{d}y = \mathrm{d}(\sin u) = \cos u \mathrm{d}u = \cos{(2x + 1)} \mathrm{d}(2x + 1) = 2 \cos{(2x + 1)}\mathrm{d}x
dy=d(sinu)=cosudu=cos(2x+1)d(2x+1)=2cos(2x+1)dx
例4 设
y
=
ln
(
1
+
e
x
2
)
y = \ln{(1 + \mathrm{e}^{x^2})}
y=ln(1+ex2) ,求
d
y
\mathrm{d}y
dy
解:
d
y
=
d
(
ln
(
1
+
e
x
2
)
)
=
1
1
+
e
x
2
d
(
1
+
e
x
2
)
=
1
1
+
e
x
2
⋅
e
x
2
d
(
x
2
)
=
e
x
2
1
+
e
x
2
⋅
2
x
d
x
=
2
x
e
x
2
1
+
e
x
2
d
x
.
\begin{align*} \mathrm{d}y &= \mathrm{d}(\ln{(1 + \mathrm{e}^{x^2})}) \\ &= \cfrac{1}{1 + \mathrm{e}^{x^2}} \mathrm{d}(1 + \mathrm{e}^{x^2}) \\ &= \cfrac{1}{1 + \mathrm{e}^{x^2}} \cdot \mathrm{e}^{x^2} \mathrm{d}(x^2) \\ &= \cfrac{\mathrm{e}^{x^2}}{1 + \mathrm{e}^{x^2}} \cdot 2x \mathrm{d}x \\ &= \cfrac{2x \mathrm{e}^{x^2}}{1 + \mathrm{e}^{x^2}} \mathrm{d}x . \end{align*}
dy=d(ln(1+ex2))=1+ex21d(1+ex2)=1+ex21⋅ex2d(x2)=1+ex2ex2⋅2xdx=1+ex22xex2dx.
例5 设
y
=
e
1
−
3
x
cos
x
y = \mathrm{e}^{1 - 3x} \cos x
y=e1−3xcosx ,求
d
y
\mathrm{d}y
dy 。
解:应用积的微分法则,得
d
y
=
d
(
e
1
−
3
x
cos
x
)
=
cos
x
d
(
e
1
−
3
x
)
+
e
1
−
3
x
d
(
cos
x
)
=
(
cos
x
)
e
1
−
3
x
(
−
3
d
x
)
+
e
1
−
3
x
(
−
sin
x
d
x
)
=
−
e
1
−
3
x
(
3
cos
x
+
sin
x
)
d
x
.
\begin{align*} \mathrm{d}y &= \mathrm{d}(\mathrm{e}^{1 - 3x} \cos x) \\ &= \cos x \mathrm{d}(\mathrm{e}^{1 - 3x}) + \mathrm{e}^{1 - 3x} \mathrm{d}(\cos x) \\ &= (\cos x) \mathrm{e}^{1 - 3x} (-3 \mathrm{d}x) + \mathrm{e}^{1 - 3x} (- \sin x \mathrm{d}x) \\ &= - \mathrm{e}^{1 - 3x} (3 \cos x + \sin x) \mathrm{d}x . \end{align*}
dy=d(e1−3xcosx)=cosxd(e1−3x)+e1−3xd(cosx)=(cosx)e1−3x(−3dx)+e1−3x(−sinxdx)=−e1−3x(3cosx+sinx)dx.
四、微分在近似计算中的应用
在工程问题中,经常会遇到一些复杂的计算公式。如果直接用这些公式进行计算,那是很费力的。利用微分往往可以把一些复杂的计算公式用简单的近似公式来代替。
前面说过,如果 y = f ( x ) y = f(x) y=f(x) 在点 x 0 x_0 x0 处的导数 f ′ ( x 0 ) ≠ 0 f'(x_0) \neq 0 f′(x0)=0 ,且 ∣ Δ x ∣ | \Delta x | ∣Δx∣ 很小时,我们有
Δ y ≈ d y = f ′ ( x 0 ) Δ x . \Delta y \approx \mathrm{d}y = f'(x_0) \Delta x . Δy≈dy=f′(x0)Δx.
这个式子也可以写为
Δ y = f ( x 0 + Δ x ) − f ( x 0 ) ≈ f ′ ( x 0 ) Δ x , (4) \Delta y = f(x_0 + \Delta x) - f(x_0) \approx f'(x_0) \Delta x , \tag{4} Δy=f(x0+Δx)−f(x0)≈f′(x0)Δx,(4)
或
f ( x 0 + Δ x ) ≈ f ( x 0 ) + f ′ ( x 0 ) Δ x . (5) f(x_0 + \Delta x) \approx f(x_0) + f'(x_0) \Delta x . \tag{5} f(x0+Δx)≈f(x0)+f′(x0)Δx.(5)
在 ( 5 ) (5) (5) 式中令 x = x 0 + Δ x x = x_0 + \Delta x x=x0+Δx ,即 Δ x = x − x 0 \Delta x = x - x_0 Δx=x−x0 ,那么 ( 5 ) (5) (5) 式可以写为
f ( x ) ≈ f ( x 0 ) + f ′ ( x 0 ) ( x − x 0 ) . (6) f(x) \approx f(x_0) + f'(x_0) (x - x_0) . \tag{6} f(x)≈f(x0)+f′(x0)(x−x0).(6)
如果 f ( x 0 ) f(x_0) f(x0) 与 f ′ ( x 0 ) f'(x_0) f′(x0) 都容易计算,那么可以利用 ( 4 ) (4) (4) 式来近似计算 Δ y \Delta y Δy ,利用 ( 5 ) (5) (5) 式来近似计算 f ( x 0 + Δ x ) f(x_0 + \Delta x) f(x0+Δx) ,或利用 ( 6 ) (6) (6) 式来近似计算 f ( x ) f(x) f(x) 。这种近似计算的实质就是用 x x x 的线性函数 f ( x 0 ) + f ′ ( x 0 ) ( x − x 0 ) f(x_0) + f'(x_0) (x - x_0) f(x0)+f′(x0)(x−x0) 来近似表达函数 f ( x ) f(x) f(x) 。从导数的几何意义可知,这也就是用曲线 y = f ( x ) y = f(x) y=f(x) 在点 ( x 0 , f ( x 0 ) ) (x_0, f(x_0)) (x0,f(x0)) 处的切线来近似代替该曲线(就切点邻近部分来说)。
例7 有一批半径为
1
c
m
1 \mathrm{cm}
1cm 的球,为了提高球面的光洁度,要镀上一层铜,厚度定为
0.01
c
m
0.01 \mathrm{cm}
0.01cm 。估计一下镀每只球需用多少克铜(铜的密度是
8.9
g
/
c
m
3
8.9 \mathrm{g}/\mathrm{cm}^3
8.9g/cm3)。
解:先求出镀层的体积,再乘密度就可得到镀每只球需用的铜的质量。
因为镀层的体积等于镀铜前、后两个球体体积之差,所以它就是球体体积
V
=
4
3
π
R
3
V = \cfrac{4}{3} \pi R^3
V=34πR3 当
R
R
R 自
R
0
R_0
R0 取得增量
Δ
R
\Delta R
ΔR 时的增量
Δ
V
\Delta V
ΔV 。我们求
V
V
V 对
R
R
R 的导数。
V
′
∣
R
=
R
0
=
(
4
3
π
R
3
)
′
∣
R
=
R
0
=
4
π
R
0
2
,
\left . V' \right|_{R = R_0} = \left . \left( \cfrac{4}{3} \pi R^3 \right)' \right|_{R = R_0} = 4 \pi R_0^2 ,
V′∣R=R0=(34πR3)′
R=R0=4πR02,
可得
Δ
V
≈
4
π
R
0
2
Δ
R
.
\Delta V \approx 4 \pi R_0^2 \Delta R .
ΔV≈4πR02ΔR.
将
R
0
=
1
R_0 = 1
R0=1 ,
Δ
R
=
0.01
\Delta R = 0.01
ΔR=0.01 代入上式,得
Δ
V
≈
4
×
3.14
×
1
2
×
0.01
≈
0.13
(
c
m
3
)
,
\Delta V \approx 4 \times 3.14 \times 1^2 \times 0.01 \approx 0.13 (\mathrm{cm}^3) ,
ΔV≈4×3.14×12×0.01≈0.13(cm3),
于是镀每只球需用的铜约为
0.13
×
8.9
=
1.16
(
g
)
0.13 \times 8.9 = 1.16 (\mathrm{g})
0.13×8.9=1.16(g)
例8 利用微分计算
sin
3
0
∘
3
0
′
\sin{30^{\circ} 30 ^\prime}
sin30∘30′ 的近似值。
解:把
sin
3
0
∘
3
0
′
\sin{30^{\circ} 30^\prime}
sin30∘30′ 化为弧度,得
3
0
∘
3
0
′
=
π
6
+
π
360
.
30^{\circ} 30^\prime = \cfrac{\pi}{6} + \cfrac{\pi}{360} .
30∘30′=6π+360π.
由于所求的是正弦函数的值,故设
f
(
x
)
=
sin
x
f(x) = \sin x
f(x)=sinx 。此时
f
′
=
cos
x
f^{'} = \cos x
f′=cosx 。如果取
x
0
=
π
6
x_0 = \cfrac{\pi}{6}
x0=6π ,那么
f
(
π
6
)
=
sin
π
6
=
1
2
f \left( \cfrac{\pi}{6} \right) = \sin{\cfrac{\pi}{6}} = \cfrac{1}{2}
f(6π)=sin6π=21 与
f
′
(
π
6
)
=
cos
π
6
=
3
2
f^{'} \left( \cfrac{\pi}{6} \right) = \cos{\cfrac{\pi}{6}} = \cfrac{\sqrt 3}{2}
f′(6π)=cos6π=23 都容易计算,并且
Δ
x
=
π
360
\Delta x = \cfrac{\pi}{360}
Δx=360π 比较小,可得
sin
3
0
∘
3
0
′
=
sin
(
π
6
+
π
360
)
≈
sin
π
6
+
cos
π
6
×
π
360
=
1
2
+
3
2
×
π
360
≈
0.5000
+
0.0076
=
0.5076
\begin{align*} \sin{30^{\circ} 30 ^\prime} &= \sin{\left( \cfrac{\pi}{6} + \cfrac{\pi}{360} \right)} \approx \sin{\cfrac{\pi}{6}} + \cos{\cfrac{\pi}{6}} \times \cfrac{\pi}{360} \\ &= \cfrac{1}{2} + \cfrac{\sqrt 3}{2} \times \cfrac{\pi}{360} \\ & \approx 0.5000 + 0.0076 = 0.5076 \end{align*}
sin30∘30′=sin(6π+360π)≈sin6π+cos6π×360π=21+23×360π≈0.5000+0.0076=0.5076
在
(
6
)
(6)
(6) 式中取
x
0
=
0
x_0 = 0
x0=0 ,于是得
f
(
x
)
≈
f
(
0
)
+
f
′
(
0
)
x
.
(7)
f(x) \approx f(0) + f^{'} (0) x . \tag{7}
f(x)≈f(0)+f′(0)x.(7)
应用
(
7
)
(7)
(7) 式可以推得以下几个在工程上常用的近似公式(下面都假定
∣
x
∣
|x|
∣x∣ 是比较小的数值):
(1)
(
1
+
x
)
α
≈
1
+
α
x
(
α
∈
R
)
(1 + x)^{\alpha} \approx 1 + \alpha x \quad (\alpha \in \mathbb{R})
(1+x)α≈1+αx(α∈R)
(2)
sin
x
≈
x
(
x
以弧度为单位
)
\sin x \approx x (x以弧度为单位)
sinx≈x(x以弧度为单位)
(3)
tan
x
≈
x
(
x
以弧度为单位
)
\tan x \approx x (x以弧度为单位)
tanx≈x(x以弧度为单位)
(4)
e
x
≈
1
+
x
\mathrm{e}^x \approx 1 + x
ex≈1+x
(5)
ln
(
1
+
x
)
≈
x
.
\ln{(1 + x)} \approx x .
ln(1+x)≈x.
例9 计算
1.05
\sqrt{1.05}
1.05 的近似值。
解:
1.05
=
1
+
0.05
\sqrt{1.05} = \sqrt{1 + 0.05}
1.05=1+0.05
这里
x
=
0.05
x = 0.05
x=0.05 ,其值较小,利用近似公式(1)可得
1.05
≈
1
+
1
2
×
0.05
=
1.025.
\sqrt{1.05} \approx 1 + \cfrac{1}{2} \times 0.05 = 1.025 .
1.05≈1+21×0.05=1.025.
原文链接:高等数学 2.5 函数的微分