Разбираемся с задачами на нахождение производных и применение производной.
1. Найти производную:
а) \(y = 7x^3 - 2x^7\)
Логика такая: используем правило, что производная от \(x^n\) это \(nx^{n-1}\).
\(y' = 7 \cdot 3x^2 - 2 \cdot 7x^6 = 21x^2 - 14x^6\)
б) \(y = 4x^2 - 3x + 5\sin(x)\)
Логика такая: производная от \(\sin(x)\) это \(\cos(x)\).
\(y' = 4 \cdot 2x - 3 + 5\cos(x) = 8x - 3 + 5\cos(x)\)
в) \(y = (2x^2 + \ln(x))(4 + x^3)\)
Логика такая: используем правило произведения: \((uv)' = u'v + uv'\).
\(y' = (4x + \frac{1}{x})(4 + x^3) + (2x^2 + \ln(x))(3x^2) = 16x + 4x^4 + \frac{4}{x} + x^2 + 6x^4 + 3x^2\ln(x) = 10x^4 + 4x^2 + 16x + \frac{4}{x} + 3x^2\ln(x)\)
г) \(y = \frac{x^2 - 1}{x}\)
Логика такая: используем правило частного: \((\frac{u}{v})' = \frac{u'v - uv'}{v^2}\).
\(y' = \frac{2x \cdot x - (x^2 - 1) \cdot 1}{x^2} = \frac{2x^2 - x^2 + 1}{x^2} = \frac{x^2 + 1}{x^2} = 1 + \frac{1}{x^2}\)
2. Найти значение производной в точке \(x_0\):
а) \(y = \cos(x) + 2x^3, x_0 = \frac{\pi}{2}\)
Логика такая: сначала находим производную, затем подставляем значение \(x_0\).
\(y' = -\sin(x) + 6x^2\)
\(y'(\frac{\pi}{2}) = -\sin(\frac{\pi}{2}) + 6(\frac{\pi}{2})^2 = -1 + 6 \cdot \frac{\pi^2}{4} = -1 + \frac{3\pi^2}{2}\)
3. Записать уравнение касательной к графику функции \(f(x) = 3x^2 + 2x\) в точке \(x_0 = 2\)
Логика такая: уравнение касательной: \(y = f'(x_0)(x - x_0) + f(x_0)\).
\(f(x_0) = f(2) = 3(2)^2 + 2(2) = 12 + 4 = 16\)
\(f'(x) = 6x + 2\)
\(f'(x_0) = f'(2) = 6(2) + 2 = 12 + 2 = 14\)
\(y = 14(x - 2) + 16 = 14x - 28 + 16 = 14x - 12\)
4. Точка движется по прямолинейному закону \(x(t) = 2.5t^2 - 10t + 11\). В какой момент времени скорость тела будет равна 40?
Логика такая: скорость это производная от координаты по времени.
\(v(t) = x'(t) = 5t - 10\)
Нам нужно найти t такое, что \(v(t) = 40\).
\(5t - 10 = 40\)
\(5t = 50\)
\(t = 10\)
5. Найти значения x, при которых значения производной функции \(f(x) = \frac{1 + x}{x^2 + 3}\) отрицательно.
Логика такая: сначала найдем производную, затем решим неравенство \(f'(x) < 0\).
\(f'(x) = \frac{1 \cdot (x^2 + 3) - (1 + x) \cdot 2x}{(x^2 + 3)^2} = \frac{x^2 + 3 - 2x - 2x^2}{(x^2 + 3)^2} = \frac{-x^2 - 2x + 3}{(x^2 + 3)^2}\)
Нам нужно решить неравенство \(\frac{-x^2 - 2x + 3}{(x^2 + 3)^2} < 0\).
Так как \((x^2 + 3)^2 > 0\) всегда, неравенство эквивалентно \(-x^2 - 2x + 3 < 0\), или \(x^2 + 2x - 3 > 0\).
\(x^2 + 2x - 3 = (x + 3)(x - 1)\)
Неравенство \((x + 3)(x - 1) > 0\) выполняется при \(x < -3\) или \(x > 1\).
Ответы:
1. Производные:
а) \(21x^2 - 14x^6\)
б) \(8x - 3 + 5\cos(x)\)
в) \(10x^4 + 4x^2 + 16x + \frac{4}{x} + 3x^2\ln(x)\)
г) \(1 + \frac{1}{x^2}\)
2. Значение производной в точке \(x_0 = \frac{\pi}{2}\): \(-1 + \frac{3\pi^2}{2}\)
3. Уравнение касательной: \(y = 14x - 12\)
4. Момент времени: \(t = 10\)
5. Значения x: \(x < -3\) или \(x > 1\)