1. 微分的正式定义:、,可微 可导★★ 必会
① 微分的定义:设 在 的某邻域内有定义。如果函数的增量 能写成其中 只与 有关,而与 无关,那么称 在 处可微,并把增量中的线性主部称为微分:这里所谓主部,是指舍去的 比保留的线性项高阶,因此 越小,这个近似就越精确。
② 可微 可导(一元函数): 在 处可微的充分必要条件是 在 处可导,且此时 ,即其中对自变量约定 (把 代入定义即得 )。于是记号 才真正成为两个微分之商,导数也因此又称微商。三个记号必须分清: 是曲线上的真实增量, 是切线上的增量,二者之差 。还应注意,可微 可导只是一元函数才有的性质;对于多元函数,可微严格强于偏导数存在。定义之所以采用线性主部而不用差商,原因正在于此。
③ 几何意义与一阶近似:在点 处, 恰好是切线上升的高度。因此,可微就是说曲线在局部可以用切线(即线性函数)来近似代替。近似公式就是舍去 之后得到的,它是泰勒公式(§2.6)的一阶情形;至于误差 的符号,则由曲线的凹凸性决定(见例题)。
② 可微 可导(一元函数): 在 处可微的充分必要条件是 在 处可导,且此时 ,即其中对自变量约定 (把 代入定义即得 )。于是记号 才真正成为两个微分之商,导数也因此又称微商。三个记号必须分清: 是曲线上的真实增量, 是切线上的增量,二者之差 。还应注意,可微 可导只是一元函数才有的性质;对于多元函数,可微严格强于偏导数存在。定义之所以采用线性主部而不用差商,原因正在于此。
③ 几何意义与一阶近似:在点 处, 恰好是切线上升的高度。因此,可微就是说曲线在局部可以用切线(即线性函数)来近似代替。近似公式就是舍去 之后得到的,它是泰勒公式(§2.6)的一阶情形;至于误差 的符号,则由曲线的凹凸性决定(见例题)。
证明 / 推导
证(可微 可导).()设 存在,即 。令 ,则 ,于是这恰是定义所要求的形式,其中 ,因此函数可微。()设 ,两边除以 ,得右端的极限存在,因此 在 处可导,且 。 由此还同时得到:定义中的 是唯一的(它必须等于 ),所以微分也是唯一确定的。举例说明
真题(2006·数一,选择). 设 具有二阶导数,且 , 为 在 处的增量, 与 分别为相应的增量与微分。若 ,则( )(A) (B) (C) (D)
解. 按定义 。对真实增量应用拉格朗日中值定理(§2.5):,其中 。因为 ,所以 单调增加,从而 ;两边同乘以 ,得故选 (A)。从几何上看: 表明曲线是凹的(),曲线位于切线的上方,所以曲线的增量 大于切线的增量 。由此可见,误差 的符号是由曲线的凹凸性决定的。