Пусть М, М 0 – две различные точки кривой (рис. 7.2)

Рис. 7.2. Касательная к кривой

Прямая (ММ 0) называется секущей кривой L.

Пусть точка М, перемещаясь по кривой L, приближается к точке М 0 . Если секущая стремится занять предельное положение (М 0 Т), то прямая (ТМ 0) называется касательной к кривой L в точке М 0 .

Допустим, кривая L является графиком непрерывной функции y=ƒ(x) (рис. 3.3).

y

На рис. 7.3: если (М 0 М) – секущая,
- угловой коэффициент секущей, тогда

;
.

Пусть х стремится к х 0 , тогда точка М стремится по кривой L к М 0 . Если функция ƒ(х) имеет производную в точке х 0 , то

Таким образом, производная функции ƒ(х) в точке х 0 равна угловому коэффициенту касательной к графику функции в точке

Уравнение прямой с угловым коэффициентом
имеет вид:

y = kx+b или y=ƒ’(х 0)∙x+b.

Для вычисления воспользуемся тем, что касательная проходит через точку М 0 . Подставляем координаты точки М 0 (х 0 ;ƒ(х 0)) в уравнение касательной:

ƒ(х 0) = ƒ′(х 0)∙х 0 +b,

b = ƒ(х 0)- ƒ′(х 0)∙ х 0

Уравнение касательной принимает вид:

y =ƒ′(х 0)∙(x- х 0)+ƒ(х 0) (3.8)

Пример:

7.24 Написать уравнение касательной к параболе y=x² в точке с абсциссой х 0 =1.

Решение: Имеем ƒ(х 0)=х² 0 ; ƒ(х 0)=1 при х 0 =1; ƒ′(х 0)=2∙ х 0 ; ƒ′(х 0)=2 при х 0 =1.

Уравнение касательной: y=2∙(x-1)+1 или y=2∙x-1.

Упражнения: Написать уравнения касательных к графику функции y=ƒ(x) в точке с абсциссой х 0:

7.25 а) y=x3; х 0 =1;

б)
; х 0 =1;

в)
; х 0 =4

г) y=x²-2x+5; х 0 =0,5

7.10 Применение производной к приближенным вычислениям

По определению производной функции y =ƒ(x) в точке х 0 имеем:

При достаточно малых ∆x получаем:

,

(7.9)

Представляем приращение функции в виде

С учетом формулы (7.9) или

Пример:

7.26 Вычислить приближенно
.

Решение: Воспользуемся формулой (3.10)

Рассмотрим функцию
точку х 0 =27 и приращение аргумента ∆x=0,03

Значение функции в точке х 0:

Производная:

.

Значение производной в точке х 0 =27:

Подставляем полученные значения в (3.10) , получаем приближенное значение функции

.

Упражнения:

7.26 Вычислить приближенные значения функций:

а)
;

б)
;

в) sin30˚30′;

д)
;

е)
.

7.12 Применение производной к исследованию функций

Функция называется возрастающей на (a ; b ) , если большему значению аргумента соответствует большее значение функции:

Функция называется убывающей на (а; b ) , если большему значению аргумента соответствует меньшее значение функции:

Возрастающие или убывающие функции называются монотонными (сравните с п. 1.1)

Теорема (необходимое условие возрастания функции) Если дифференцируемая на (а;b) функция ƒ(х) возрастает на интервале (а;b), то ƒ′(х) ≥0 для любого хє(а;b).

Доказательство. Пусть x> х 0 , тогда ƒ(х)>ƒ(х 0). Поэтому x- х 0 >0 и
.

Так как ƒ(х) дифференцируема на (а;b), то, переходя к пределу в неравенстве при x > х 0 , получим

Теорема доказана.

y

y

Рис. 7.4 Связь монотонности со знаком производной

Теорема (Необходимое условие убывания функции). Если дифференцируемая на (а;b) функция ƒ(х) убывает на интервале (а;b), то ƒ′(х)≤ 0 для любого хє(а;b).

Теорема (достаточное условие возрастания функции). Если функция ƒ(х) имеет положительную производную в каждой точке интервала (а;b), то функция ƒ возрастает на (а;b).

Теорема (Достаточное условие убывания функции). Если функция ƒ(х) имеет отрицательную производную в каждой точке интервала (а;b), то функция ƒ убывает на интервале (а;b).

Пример:

7.27 Найти интервалы монотонности функции
.

Решение. Функция определена на множестве всех действительных чисел. Найдем её производную:

Находим знак ƒ′(х) методом интервалов:

ƒ′(х) >0 при хє
, следовательно ƒ(х) возрастающая
на этом интервале;
при
или
, следовательно ƒ(х) убывающая
на этих интервалах. Границы интервалов могут быть включены в интервалы монотонности, т. к. функция непрерывна в этих точках. Можно записать:

;

Точка х 0 называется точкой минимума функции ƒ, если найдется такая окрестность точки х 0 , что для всех х из этой окрестности справедливо неравенство

ƒ(х 0) ƒ(х 0)

(х 0) (x х 0)

0 х 0 -ε х 0 +ε x 0 х 0 -ε х 0 +ε x

Рис. 7.5 Точки минимума функции

Точка х 0 называется точкой максимума функции ƒ, если найдется такая окрестность точки х 0 , что для всех х из этой окрестности справедливо неравенство
.

y y

0 х 0 -ε х 0 х 0 +ε x 0 х 0 -ε х 0 х 0 +ε x

Рис. 7.6 Точки максимума функции

Точки максимума и минимума называются точками экстремума , а значения функции в этих точках называются экстремумами функций.

Точки, в которых производная равна нулю или не существует, называются критическими точками первого рода.

Теорема Ферма (Необходимое условие экстремума). Если точка х 0 является точкой экстремума функции ƒ и в этой же точке существует производная, то она равна нулю: ƒ′(х 0)=0

Теорема (Достаточное условие максимума) Если функция ƒ непрерывна в точке х 0 , а ƒ′(х)>0 на интервале
и ƒ′(x)<0 на интервале
, то точка х 0 является точкой максимума функции ƒ.

Иными словами: Если функция ƒ непрерывна в точке х 0 и при переходе через эту точку слева направо производная меняет знак с «+»на «-», то х 0 – точка максимума функции ƒ.

Теорема (Достаточное условие минимума). Если функция ƒ непрерывна в точке х 0 , ƒ′(x) на интервале
и ƒ′(x)>0 на интервале
, то точка х 0 является точкой минимума функции ƒ.

Иными словами: Если функция ƒ непрерывна в точке х 0 и при переходе через эту точку слева направо производная меняет знак с «-» на «+», то х 0 - точка минимума функции ƒ.

Пример:

7.27 Найти точки экстремума функции
.

Решение. Найдем производную:
.

Критические точки первого рода: ƒ′(х)=0 => (3-3х²=0) => (х 1 =-1;х 2 =+1).

Знак производной:

- + -

х=-1 – точка минимума, т.к. при переходе через эту точку слева направо производная меняет знак с «-» на «+».

х=1 – точка максимума, т.к. при переходе через эту точку слева направо производная меняет знак с «+»на «-».

Упражнения:

7.28 Найти интервалы монотонности функции:

а) ƒ(x)=5x-2;

б)
;

в) ƒ(x)=x²+x-1;

г) ƒ(x)=7x²+14x+1;

д)
;

е)
.

7.29. Найти экстремумы функций:

а) ƒ(x)=1+4x-x²;

б) ƒ(x)=3+x²-6x;

в)
;

г)
;

д)
;

е)
;

ж)
;

з) ƒ(x)=xlnx;

и)
;

к)
.

Начальный уровень

Уравнение касательной к графику функции. Исчерпывающий гид (2019)

Ты уже знаешь что такое производная? Если нет, сперва прочти тему . Итак, ты говоришь, что знаешь производную. Сейчас проверим. Найди приращение функции при приращении аргумента, равном. Справился? Должно получиться. А теперь найди производную функции в точке. Ответ: . Получилось? Если в каком-нибудь из этих примеров возникли сложности, настоятельно рекомендую вернуться к теме и проштудировать ее еще раз. Знаю, тема очень большая, но иначе нет смысла идти дальше. Рассмотрим график какой-то функции:

Выберем на линии графика некую точку. Пусть ее абсцисса, тогда ордината равна. Затем выберем близкую к точке точку с абсциссой; ее ордината - это:

Проведем прямую через эти точки. Она называется секущей (прямо как в геометрии). Обозначим угол наклона прямой к оси как. Как и в тригонометрии, этот угол отсчитывается от положительного направления оси абсцисс против часовой стрелки. Какие значения может принимать угол? Как ни наклоняй эту прямую, все равно одна половина будет торчать вверх. Поэтому максимально возможный угол - , а минимально возможный - . Значит, . Угол не включается, поскольку положение прямой в этом случае в точности совпадает с, а логичнее выбирать меньший угол. Возьмем на рисунке такую точку, чтобы прямая была параллельна оси абсцисс, а - ординат:

По рисунку видно, что, а. Тогда отношение приращений:

(так как, то - прямоугольный).

Давай теперь уменьшать. Тогда точка будет приближаться к точке. Когда станет бесконечно малым, отношение станет равно производной функции в точке. Что же при этом станет с секущей? Точка будет бесконечно близка к точке, так что их можно будет считать одной и той же точкой. Но прямая, имеющая с кривой только одну общую точку - это ни что иное, как касательная (в данном случае это условие выполняется только на небольшом участке - вблизи точки, но этого достаточно). Говорят, что при этом секущая занимает предельное положение .

Угол наклона секущей к оси назовем. Тогда получится, что производная

то есть производная равна тангенсу угла наклона касательной к графику функции в данной точке.

Поскольку касательная - это прямая, давай теперь вспомним уравнение прямой:

За что отвечает коэффициент? За наклон прямой. Он так и называется: угловой коэффициент . Что это значит? А то, что равен он тангенсу угла между прямой и осью! То есть вот что получается:

Но мы получили это правило, рассматривая возрастающую функцию. А что изменится, если функция будет убывающей? Посмотрим:
Теперь углы и тупые. А приращение функции - отрицательное. Снова рассмотрим: . С другой стороны, . Получаем: , то есть все, как и в прошлый раз. Снова устремим точку к точке, и секущая примет предельное положение, то есть превратится в касательную к графику функции в точке. Итак, сформулируем окончательно полученное правило:
Производная функции в данной точке равна тангенсу угла наклона касательной к графику функции в этой точке, или (что то же самое) угловому коэффициенту этой касательной:

Это и есть геометрический смысл производной. Окей, все это интересно, но зачем оно нам? Вот пример:
На рисунке изображен график функции и касательная к нему в точке с абсциссой. Найдите значение производной функции в точке.
Решение.
Как мы недавно выяснили, значение производной в точке касания равно угловому коэффициенту касательной, который в свою очередь равен тангенсу угла наклона данной касательной к оси абсцисс: . Значит, для нахождения значения производной нам нужно найти тангенс угла наклона касательной. На рисунке у нас отмечено две точки, лежащие на касательной, координаты которых нам известны. Так давай достроим прямоугольный треугольник, проходящий через эти точки, и найдем тангенс угла наклона касательной!

Угол наклона касательной к оси - это. Найдем тангенс этого угла: . Таким образом, производная функции в точке равна.
Ответ: . Теперь попробуй сам:

Ответы:

Зная геометрический смысл производной , можно очень просто объяснить правило, что производная в точке локального максимума или минимума равна нулю. Действительно, касательная к графику в этих точках «горизонтальна», то есть параллельна оси абсцисс:

А чему равен угол между параллельными прямыми? Конечно, нулю! А тангенс нуля тоже равен нулю. Вот и производная равна нулю:

Более подробно об этом читай в теме «Монотонность функций. Точки экстремума».

А сейчас сосредоточимся на произвольных касательных. Предположим, у нас есть какая-то функция, например, . Мы нарисовали ее график и хотим провести касательную к нему в какой-нибудь точке. Например, в точке. Берем линейку, пристраиваем ее к графику и чертим:

Что мы знаем об этой прямой? Что самое важное нужно знать о прямой на координатной плоскости? Поскольку прямая - это изображение линейной функции, очень удобно было бы знать ее уравнение. То есть коэффициенты и в уравнении

Но ведь мы уже знаем! Это угловой коэффициент касательной, который равен производной функции в этой точке:

В нашем примере будет так:

Теперь остается найти. Это проще простого: ведь - значение при. Графически - это координата пересечения прямой с осью ординат (ведь во всех точках оси):

Проведём (так, что - прямоугольный). Тогда (тому самому углу между касательной и осью абсцисс). Чему равны и? По рисунку явно видно, что, а. Тогда получаем:

Соединяем все полученные формулы в уравнение прямой:

Теперь реши сам:

1. Найди уравнение касательной к функции в точке.
2. Касательная к параболе пересекает ось под углом. Найди уравнение этой касательной.
3. Прямая параллельна касательной к графику функции. Найдите абсциссу точки касания.
4. Прямая параллельна касательной к графику функции. Найдите абсциссу точки касания.

Решения и ответы:

УРАВНЕНИЕ КАСАТЕЛЬНОЙ К ГРАФИКУ ФУНКЦИИ. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ И ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ

Производная функции в конкретной точке равна тангенсу угла наклона касательной к графику функции в этой точке, или угловому коэффициенту этой касательной:

Уравнение касательной к графику функции в точке:

Алгоритм действий для нахождения уравнения касательной:

Ну вот, тема закончена. Если ты читаешь эти строки, значит ты очень крут.

Потому что только 5% людей способны освоить что-то самостоятельно. И если ты дочитал до конца, значит ты попал в эти 5%!

Теперь самое главное.

Ты разобрался с теорией по этой теме. И, повторюсь, это… это просто супер! Ты уже лучше, чем абсолютное большинство твоих сверстников.

Проблема в том, что этого может не хватить…

Для чего?

Для успешной сдачи ЕГЭ, для поступления в институт на бюджет и, САМОЕ ГЛАВНОЕ, для жизни.

Я не буду тебя ни в чем убеждать, просто скажу одну вещь…

Люди, получившие хорошее образование, зарабатывают намного больше, чем те, кто его не получил. Это статистика.

Но и это - не главное.

Главное то, что они БОЛЕЕ СЧАСТЛИВЫ (есть такие исследования). Возможно потому, что перед ними открывается гораздо больше возможностей и жизнь становится ярче? Не знаю...

Но, думай сам...

Что нужно, чтобы быть наверняка лучше других на ЕГЭ и быть в конечном итоге… более счастливым?

НАБИТЬ РУКУ, РЕШАЯ ЗАДАЧИ ПО ЭТОЙ ТЕМЕ.

На экзамене у тебя не будут спрашивать теорию.

Тебе нужно будет решать задачи на время .

И, если ты не решал их (МНОГО!), ты обязательно где-нибудь глупо ошибешься или просто не успеешь.

Это как в спорте - нужно много раз повторить, чтобы выиграть наверняка.

Найди где хочешь сборник, обязательно с решениями, подробным разбором и решай, решай, решай!

Можно воспользоваться нашими задачами (не обязательно) и мы их, конечно, рекомендуем.

Для того, чтобы набить руку с помощью наших задач нужно помочь продлить жизнь учебнику YouClever, который ты сейчас читаешь.

Как? Есть два варианта:

1. Открой доступ ко всем скрытым задачам в этой статье - 299 руб.
2. Открой доступ ко всем скрытым задачам во всех 99-ти статьях учебника - 999 руб.

Да, у нас в учебнике 99 таких статей и доступ для всех задач и всех скрытых текстов в них можно открыть сразу.

Во втором случае мы подарим тебе тренажер “6000 задач с решениями и ответами, по каждой теме, по всем уровням сложности”. Его точно хватит, чтобы набить руку на решении задач по любой теме.

На самом деле это намного больше, чем просто тренажер - целая программа подготовки. Если понадобится, ты сможешь ею так же воспользоваться БЕСПЛАТНО.

Доступ ко всем текстам и программам предоставляется на ВСЕ время существования сайта.

И в заключение...

Если наши задачи тебе не нравятся, найди другие. Только не останавливайся на теории.

“Понял” и “Умею решать” - это совершенно разные навыки. Тебе нужны оба.

Найди задачи и решай!

Эта математическая программа находит уравнение касательной к графику функции \(f(x) \) в заданной пользователем точке \(a \).

Программа не только выводит уравнение касательной, но и отображает процесс решения задачи.

Этот калькулятор онлайн может быть полезен учащимся старших классов общеобразовательных школ при подготовке к контрольным работам и экзаменам, при проверке знаний перед ЕГЭ, родителям для контроля решения многих задач по математике и алгебре. А может быть вам слишком накладно нанимать репетитора или покупать новые учебники? Или вы просто хотите как можно быстрее сделать домашнее задание по математике или алгебре? В этом случае вы также можете воспользоваться нашими программами с подробным решением.

Таким образом вы можете проводить своё собственное обучение и/или обучение своих младших братьев или сестёр, при этом уровень образования в области решаемых задач повышается.

Если вам нужно найти производную функции, то для этого у нас есть задача Найти производную.

Если вы не знакомы с правилами ввода функций, рекомендуем с ними ознакомиться.

Обнаружено что не загрузились некоторые скрипты, необходимые для решения этой задачи, и программа может не работать.
Возможно у вас включен AdBlock.
В этом случае отключите его и обновите страницу.

Т.к. желающих решить задачу очень много, ваш запрос поставлен в очередь.
Через несколько секунд решение появится ниже.
Пожалуйста подождите сек...

Если вы заметили ошибку в решении , то об этом вы можете написать в Форме обратной связи .
Не забудте указать какую задачу вы решаете и что вводите в поля .

Наши игры, головоломки, эмуляторы:

Немного теории.

Угловой коэффициент прямой

Напомним, что графиком линейной функции \(y=kx+b\) является прямая. Число \(k=tg \alpha \) называют угловым коэффициентом прямой , а угол \(\alpha \) - углом между этой прямой и осью Ox

Если \(k>0\), то \(0 Если \(kУравнение касательной к графику функции

Если точка М(а; f(a)) принадлежит графику функции у = f(x) и если в этой точке к графику функции можно провести касательную, не перпендикулярную оси абсцисс, то из геометрического смысла производной следует, что угловой коэффициент касательной равен f"(a). Далее мы выработаем алгоритм составления уравнения касательной к графику любой функции.

Пусть даны функция у = f(x) и точка М(а; f(a)) на графике этой функции; пусть известно, что существует f"(a). Составим уравнение касательной к графику заданной функции в заданной точке. Это уравнение, как уравнение любой прямой, не параллельной оси ординат, имеет вид y = kx + b, поэтому задача состоит в нахождении значений коэффициентов k и b.

С угловым коэффициентом k все понятно: известно, что k = f"(a). Для вычисления значения b воспользуемся тем, что искомая прямая проходит через точку М(а; f(a)). Это значит, что если подставить координаты точки М в уравнение прямой, получим верное равенство: \(f(a)=ka+b \), т.е. \(b = f(a) - ka \).

Осталось подставить найденные значения коэффициентов k и b в уравнение прямой:

Нами получено уравнение касательной к графику функции \(y = f(x) \) в точке \(x=a \).

Алгоритм нахождения уравнения касательной к графику функции \(y=f(x) \)
1. Обозначить абсциссу точки касания буквой \(a \)
2. Вычислить \(f(a) \)
3. Найти \(f"(x) \) и вычислить \(f"(a) \)
4. Подставить найденные числа \(a, f(a), f"(a) \) в формулу \(y=f(a)+ f"(a)(x-a) \)

Рассмотрим следующий рисунок:

На нем изображена некоторая функция y = f(x), которая дифференцируема в точке a. Отмечена точка М с координатами (а; f(a)). Через произвольную точку Р(a + ∆x; f(a + ∆x)) графика проведена секущая МР.

Если теперь точку Р сдвигать по графику к точке М, то прямая МР будет поворачиваться вокруг точки М. При этом ∆х будет стремиться к нулю. Отсюда можно сформулировать определение касательной к графику функции.

Касательная к графику функции

Касательная к графику функции есть предельное положение секущей при стремлении приращения аргумента к нулю. Следует понимать, что существование производной функции f в точке х0, означает, что в этой точке графика существует касательная к нему.

При этом угловой коэффициент касательной будет равен производной этой функции в этой точке f’(x0). В этом заключается геометрический смысл производной. Касательная к графику дифференцируемой в точке х0 функции f - это некоторая прямая, проходящая через точку (x0;f(x0)) и имеющая угловой коэффициент f’(x0).

Уравнение касательной

Попытаемся получить уравнение касательной к графику некоторой функции f в точке А(x0; f(x0)). Уравнение прямой с угловым коэффициентом k имеет следующий вид:

Так как у нас угловой коэффициент равен производной f’(x0) , то уравнение примет следующий вид: y = f’(x0) *x + b.

Теперь вычислим значение b. Для этого используем тот факт, что функция проходит через точку А.

f(x0) = f’(x0)*x0 + b, отсюда выражаем b и получим b = f(x0) - f’(x0)*x0.

Подставляем полученное значение в уравнение касательной:

y = f’(x0)*x + b = f’(x0)*x + f(x0) - f’(x0)*x0 = f(x0) + f’(x0)*(x - x0).

y = f(x0) + f’(x0)*(x - x0).

Рассмотрим следующий пример: найти уравнение касательной к графику функции f(x) = x 3 - 2*x 2 + 1 в точке х = 2.

2. f(x0) = f(2) = 2 2 - 2*2 2 + 1 = 1.

3. f’(x) = 3*x 2 - 4*x.

4. f’(x0) = f’(2) = 3*2 2 - 4*2 = 4.

5. Подставим полученные значения в формулу касательной, получим: y = 1 + 4*(x - 2). Раскрыв скобки и приведя подобные слагаемые получим: y = 4*x - 7.

Ответ: y = 4*x - 7.

Общая схема составления уравнения касательной к графику функции y = f(x):

1. Определить х0.

2. Вычислить f(x0).

3. Вычислить f’(x)

Инструкция

Определяем угловой коэффициент касательной к кривой в точке М.
Кривая, представляющая собой график функции y = f(x), непрерывна в некоторой окрестности точки М (включая саму точку М).

Если значения f‘(x0) не существует, то либо касательной нет, либо она проходит вертикально. Ввиду этого, наличие производной функции в точке х0 обусловлено существованием невертикальной касательной, соприкасающейся с графиком функции в точке (х0, f(х0)). В этом случае угловой коэффициент касательной равен будет f"(х0). Таким образом, становится ясен геометрический смысл производной – расчет углового коэффициента касательной.

Найдите значение абсциссы точки касания, которую обозначаются буквой «а». Если она совпадает с заданной точкой касательной, то «а» будет ее х-координате. Определите значение функции f(a), подставив в уравнение функции величину абсциссы.

Определите первую производную уравнения функции f’(x) и подставьте в него значение точки «а».

Возьмите общее уравнение касательной, которое определяется как y = f(a) = f (a)(x – a), и подставьте в него найденные значения a, f(a), f "(a). В результате будет найдено решение графика и касательной.

Решите задачу иным способом, если заданная точка касательной не совпала с точкой касания. В этом случае необходимо в уравнение касательной вместо цифр подставить «а». После этого вместо букв «х» и «у» подставьте значение координат заданной точки. Решите получившееся уравнение, в котором «а» является неизвестной. Поставьте полученное значение в уравнение касательной.

Составьте уравнение касательной с буквой «а», если в условии задачи задано уравнение функции и уравнение параллельной линии относительно искомой касательной. После этого необходимо производную функции , чтобы координату у точки «а». Подставьте соответствующее значение в уравнение касательной и решите функцию.