Tanĝanta linio ĉe punkto. Por kalkuli la derivaĵon de punto al kurbo oni konverĝas la inkrementon de la inkrementa rilatumo al 0. Jen grafike kion signifas: la grizaj linioj estas la simulo de la konverĝo.
Derivaĵo estas unu el la bazaj konceptoj de analitiko kaj infinitezima kalkulo , kune kun la integralo . La derivaĵo de funkcio ĉe iu punkto estas la angula koeficiento de la grafikaĵo de la funkcio ĉe tiu punkto.
Difino kaj notaciaj variaĵoj
Tanĝanta rekto al linio. La angula koeficiento de tia rekto estas la derivaĵo de la funkcio ĉe la koncerna punkto.
En analitiko la derivaĵo de reela funkcio de reela variablo
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)}
en la punkto
x
0
{\displaystyle x_{0}}
estas difinita kiel la limeso de la inkrementa rilatumo konverĝanta al 0 de h, se ĝi ekzistas kaj estas finia.
Klarigo, donanta la komencan intuician ideon pri la derivaĵo, kiel la "grado" de funkcioŝanĝo, dum la argumento ŝanĝiĝas.
Pli precize, funkcio
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)}
difinita en ĉirkaŭaĵo
x
0
{\displaystyle x_{0}\quad }
estas derivebla en la punkto
x
0
{\displaystyle x_{0}}
se ekzistas kaj estas finia la limeso:
lim
h
→ → -->
0
-->
f
(
x
0
+
h
)
− − -->
f
(
x
0
)
h
{\displaystyle {\mathop {\lim _{h\to 0}} {{f\left({x_{0}+h}\right)-f\left(x_{0}\right)} \over h}}}
La valoro de ĉi tiu limeso nomiĝas derivaĵo de la funkcio en la punkto
x
0
{\displaystyle x_{0}}
. Se funkcio
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)}
estas derivebla en ĉiu punkto de la intervalo
(
a
,
b
)
{\displaystyle (a,b)}
, tiam oni diras, ke la funkcio estas derivebla en
(
a
,
b
)
{\displaystyle (a,b)\quad }
.
Ekzistas pluraj malsamaj simbolaj notacioj por derivaĵo de funkcio
f
{\displaystyle f}
en punkto
x
0
{\displaystyle x_{0}}
:
f
′ ′ -->
(
x
0
)
.
{\displaystyle f^{\prime }(x_{0}).}
D
-->
[
f
(
x
0
)
]
.
{\displaystyle \operatorname {D} \left[{f}({x_{0}})\right].}
d
f
(
x
0
)
d
x
.
{\displaystyle {\frac {\mathrm {d} f(x_{0})}{\mathrm {d} x}}.}
La historie unua notacio estas ankoraŭ uzata en fiziko :
(
d
f
d
x
)
(
x
0
)
.
{\displaystyle \left({\frac {\mathrm {d} f}{\mathrm {d} x}}\right)_{(x_{0})}.}
Laŭ la notacio de Newton , derivaĵo rilate al la tempo t :
f
˙ ˙ -->
(
t
o
)
.
{\displaystyle {\dot {f}}(t_{o}).}
Maldekstra kaj dekstra derivaĵo
Nomiĝas maldekstra derivaĵo de f ĉe la punkto x 0 :
f
− − -->
′
(
x
0
)
=
lim
h
→ → -->
0
− − -->
f
(
x
0
+
h
)
− − -->
f
(
x
0
)
h
{\displaystyle f'_{-}(x_{0})=\lim _{h\to 0^{-}}{{f(x_{0}+h)-f(x_{0})} \over {h}}}
Nomiĝas dekstra derivaĵo de f ĉe la punkto x 0 :
f
+
′
(
x
0
)
=
lim
h
→ → -->
0
+
f
(
x
0
+
h
)
− − -->
f
(
x
0
)
h
{\displaystyle f'_{+}(x_{0})=\lim _{h\to 0^{+}}{{f(x_{0}+h)-f(x_{0})} \over {h}}}
Funkcio estas derivebla ĉe x 0 , se kaj nur se ekzistas la maldekstra kaj dekstra derivaĵoj, kiuj estas egalaj.
Teoremoj
Teoremo de Fermat
Estu:
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)\quad }
derivebla funkcio, do kontinua en
x
0
{\displaystyle x_{0}\quad }
, kie
x
0
{\displaystyle x_{0}\quad }
estas interna punkto al argumentaro de la funkcio f , kaj
x
0
{\displaystyle x_{0}\quad }
estas maksimumo aŭ minimumo de la funkcio f ,
tiam la derivaĵo de la funkcio en
x
0
{\displaystyle x_{0}}
estas nula, tio estas
f
′
(
x
0
)
=
0
{\displaystyle f'(x_{0})=0\quad }
.
Teoremo de Rolle
Estu
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)}
kontinua funkcio en
[
a
,
b
]
{\displaystyle [a,b]}
kaj derivebla en
(
a
,
b
)
{\displaystyle (a,b)}
. Se
f
(
a
)
=
f
(
b
)
{\displaystyle f(a)=f(b)}
, tiam ekzistas almenaŭ unu punkto
x
0
{\displaystyle x_{0}\quad }
en la intervalo
(
a
,
b
)
{\displaystyle (a,b)}
, kies derivaĵo nuliĝas.
Teoremo de Lagrange
Estu
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)}
kontinua funkcio en
[
a
,
b
]
{\displaystyle [a,b]}
kaj derivebla en
(
a
,
b
)
{\displaystyle (a,b)}
. Ekzistas almenaŭ unu punkto
x
0
{\displaystyle x_{0}}
en la intervalo
(
a
,
b
)
{\displaystyle (a,b)}
, kies derivaĵo egalas al
f
(
b
)
− − -->
f
(
a
)
b
− − -->
a
{\displaystyle {\frac {f(b)-f(a)}{b-a}}}
.
Teoremo de Cauchy
Estu
f
(
x
)
{\displaystyle f(x)}
kaj
g
(
x
)
{\displaystyle g(x)}
kontinuaj funkcioj en
[
a
,
b
]
{\displaystyle [a,b]}
kaj deriveblaj en
(
a
,
b
)
{\displaystyle (a,b)}
kaj
g
′
(
x
)
≠ ≠ -->
0
∀ ∀ -->
x
∈ ∈ -->
(
a
,
b
)
{\displaystyle g'(x)\neq 0\forall x\in (a,b)}
, tiam ekzistas almenaŭ unu punkto
x
0
{\displaystyle x_{0}}
en
(
a
,
b
)
{\displaystyle (a,b)}
tia, ke:
f
′
(
x
0
)
g
′
(
x
0
)
=
f
(
b
)
− − -->
f
(
a
)
g
(
b
)
− − -->
g
(
a
)
{\displaystyle {\frac {f'(x_{0})}{g'(x_{0})}}={\frac {f(b)-f(a)}{g(b)-g(a)}}}
Teoremo pri konstanta funkcio
Funkcio estas konstanta en iu intervalo
[
a
,
b
]
{\displaystyle [a,b]}
, s.n.s. ĝi estas derivebla, kaj ĝia derivaĵo nulas en tia intervalo
(
a
,
b
)
{\displaystyle (a,b)\quad }
.
Tiu aserto estas konsekvenco de la difino de la derivaĵo, kaj apliko de la teoremo de Lagrange.
Vidu ankaŭ