Гипермаркет знаний>>Математика>>Математика 10 класс>> Дифференцирование показательной и логарифмической функций

 Дифференцирование показательной и логарифмической функций

1. Число е. Функция у = е^х, ее свойства, график, дифференцирование

Рассмотрим показательную функцию у=а^х, где а > 1. Для различных оснований а получаем различные графики (рис. 232—234), но можно заметить, что все они проходят через точку (0; 1), все они имеют горизонтальную асимптоту у =0 при , все они обращены выпуклостью вниз и, наконец, все они имеют касательные во всех своих точках. Проведем для примера касательную к графику функции у=2x в точке х = 0 (рис. 232). Если сделать точные построения и измерения, то можно убедиться в том, что эта касательная образует с осью х угол 35° (примерно).

Теперь проведем касательную к графику функции у=3^x тоже в точке х = 0 (рис. 233). Здесь угол между касательной и осью х будет больше — 48°. А для показательной функции у = 10^x в аналогичной
ситуации получаем угол 66,5° (рис. 234).

Итак, если основание а показательной функции у=ах постепенно увеличивается от 2 до 10, то угол между касательной к графику функции в точке х=0 и осью абсцисс постепенно увеличивается от 35° до 66,5°. Логично считать, что существует основание а, для которого соответствующий угол равен 45°. Это основание должно быть заключено между числами 2 и 3, поскольку для функции у- 2х интересующий нас угол равен 35°, что меньше, чем 45°, а для функции у=3^x он равен 48°, что уже немного больше, чем 45°. Интересующее нас основание принято обозначать буквой е. Установлено, что число е — иррациональное, т.е. представляет собой бесконечную десятичную непериодическую дробь:

e = 2,7182818284590...; 

на практике обычно полагают, что e=2,7.

Замечание (не очень серьезное). Ясно, что Л.Н. Толстой никакого отношения к  числу e не имеет, тем не менее в записи числа е, обратите внимание, два раза подряд повторяется число 1828 — год рождения Л.Н. Толстого.

График функции у=е^х изображен на рис. 235. Это — экспонента, отличающаяся от других экспонент (графиков показательных функций с другими основаниями) тем, что угол между касательной к графику в точке х=0 и осью абсцисс равен 45°.

Свойства функции у = е^х :

1)
2)    не является ни четной, ни нечетной;
3)    возрастает;
4)    не ограничена сверху, ограничена снизу;
5)    не имеет ни наибольшего, ни наименьшего значений;
6)    непрерывна;
7) 
8)    выпукла вниз;
9)    дифференцируема.

Вернитесь к § 45, взгляните на имеющийся там перечень свойств показательной функции у=а^х при а > 1. Вы обнаружите те же свойства 1—8 (что вполне естественно), а девятое свойство, связанное с
дифференцируемостью функции, мы тогда не упомянули. Обсудим его теперь.

Выведем формулу для отыскания производной у-ех. При этом мы не будем пользоваться обычным алгоритмом, который выработали в § 32 и который не раз с успехом применяли. В этом алгоритме на заключительном этапе надо вычислить предел, а знания по теории пределов у нас с вами пока весьма и весьма ограниченные. Поэтому будем опираться на геометрические предпосылки, считая, в частности, сам факт существования касательной к графику показательной функции не подлежащим сомнению (поэтому мы так уверенно записали в приведенном выше перечне свойств девятое свойство — дифференцируемость функции у=е^х).

1.    Отметим, что для функции y = f(х), где f(х) =ех, значение производной в точке х =0 нам уже известно: f^/ = tg45°=1.

2.    Введем в рассмотрение функцию у=g(x), где g(х) -f(х-а), т.е. g(х)-ех'^а. На рис. 236 изображен график функции у = g(х): он получен из графика функции у - fх) сдвигом по оси х на |а| единиц масштаба. Касательная к графику функции у=g(х) в точке х-а параллельна касательной к графику функции у = f(х) в точке х -0 (см. рис. 236), значит, она образует с осью х угол 45°. Используя геометрический смысл производной, можем записать, что g(а) =tg45°;=1.

3.    Вернемся к функции у = f(х). Имеем:

4.    Мы установили, что для любого значения а справедливо соотношение . Вместо буквы а можно, естественно, использовать и букву х; тогда получим

Из этой формулы получается соответствующая формула интегрирования:

А.Г. Мордкович Алгебра 10 класс

_{Календарно-тематическое планирование по математике, видео по математике онлайн, Математика в школе скачать}

Содержание урока
 конспект урока                       
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.