Производная функции, её геометрический и физический смысл

1.

Презентация на тему: «Понятие о
производной функции,
её геометрический
и
физический смысл»

2.

Цели урока:
ОБУЧАЮЩАЯ:
1) Ввести определение производной функции на основе задач физики,
рассматривая при этом физический смысл производной.
2) Выяснить геометрический смысл производной дифференцируемой
функции.
3) Научиться решать задачи на данную тему, используя полученные знания.
РАЗВИВАЮЩАЯ:
1) Способствовать развитию общения как метода научного познания,
аналитико-
синтетического мышления, смысловой памяти и произвольного внимания.
2) Развитие навыков исследовательской деятельности.
ВОСПИТАТЕЛЬНАЯ:
1) Способствовать развитию творческой деятельности.
2) Развивать у учащихся коммуникативные компетенции,
потребности к самообразованию.

3.

Вопросы:
1. История возникновения производной
функции.
2. Понятие производной.
3. Геометрический смысл производной.
4. Физический (механический) смысл
производной.

4.

1. История возникновения производной
функции
Раздел математики, в котором изучаются производные и их применение к
исследованию
функций,
называется
дифференциальным
исчислением.
Приращения вида Δf, представляющие собой разности, играют заметную роль при
работе с производными. Естественно поэтому появление латинского корня differentia
(разность) в названии calculis differentialis нового исчисления, которое переводится
как исчисление разностей; это название появилось уже в конце 17в., т.е. при
рождении нового метода.
Термин «производная» является буквальным переводом на русский французского
слова deriveе, которое ввёл в 1797г. Ж.Лагранж, он же ввёл современные
обозначения у' , f'. Такое название отражает смысл понятия: функция f'(x) происходит
из f(x), является производным от f(x). И.Ньютон называл производную функцию
флюксией, а саму функцию – флюентой. Г.Лейбниц говорил о дифференциальном
отношении и ввёл обозначение производной df/dx.
Слово «экстремум» происходит от латинского extremum (крайний). Maximum
переводится как наибольший, а minimum – наименьший.

5.

« – величественная пирамида математических наук»
Наполеон I Бонапарт
Рано изучил сочинения
Евклида и Архимеда,
Галлея (друга Ньютона).
В 16 лет стал преподавать математику в
Артиллерийском училище в Турине.
В 19 лет стал профессором математических
наук.
В 23 года стал академиком и иностранным
членом Берлинской академии наук.
Автор трудов по вариационному исчислению,
математическому анализу, теории чисел, алгебре,
дифференциальным уравнениям.
Его работы по математике, астрономии и
механике составляют 14 томов.
Император Франции сделал учёного сенатором,
графом империи и командором ордена Почетного
легиона.
1736 - 1813
Выдающийся
французский
математик,
ввел
термин «ПРОИЗВОДНАЯ» и её современное
обозначение.

6.

7.

8.

9.

2. Понятие производной
Пусть х - произвольная точка, лежащая в некоторой
окрестности точки х0 (окрестность точки х0 - это
интервал (а; б), x0 (а; б)).
Разность х-х0 называется приращением аргумента:
∆x=х-x0. Отсюда x=x0+∆x.
Разность
f(x)-f(x0)
называется
функции: ∆f=f(x)-f(x0) или
приращением
∆f=f(х0+∆x)–f(х0).
Отсюда, f(х0+∆x)=f(х0)+∆f.

10.

2. Понятие производной
Производной функции y=f(x) в точке х0
называется
предел
отношения
приращения функции ∆f к приращению
аргумента ∆x, стремящегося к «нулю»:
f
y` lim
x 0 x
f ( x 0 x) f ( x)
y` lim
x 0
x

11.

2. Понятие производной
Четыре обозначения для производной:

12.

2. Понятие производной

13.

2. Понятие производной
Правило нахождения производной функции
y=f(x) в точке х0:
1.
2.
3.
4.
Найти значение функции в точке x0+∆x: f(x0+∆x)
Найти приращение функции: ∆f=f(x0+∆x)-f(x0)
Найти отношение приращения функции к приращению
аргумента: f
f ( x0 x) f ( x0 )
x
x
Найти предел отношения приращения функции к
приращению аргумента при стремлении приращения
аргумента к нулю:
f ( x x) f ( x )
y ' lim
x 0
0
0
x

14.

2. Понятие производной
Пример: Дана функция y=x2. Найти её производную в
произвольной точке и в точке х=3.
Решение:
1. f(x0+∆x)=(х+∆x)2;
2. ∆f=(х+∆x)2-х2=x2+2x∆x+(∆x)2-x2=2х∆x+(∆x)2;
3.
y
y ' Lim
Lim (2 x x) 2 x
x 0 x
x 0
, т.е. y’=(x2)’=2x;
4. при х=3 получим y’(3)=2*3=6.
Ответ: y’=2x; y’(3)=6

15.

Пример: Воспользовавшись определением производной,
3x 1
.
найти производную функцииy
2x 5
Решение: Дадим x приращение x, тогда y получит приращение y:
3 x x 1 3x 1 3x 3 x 1 2 x 5 3x 1 2 x 2 x 5
2 x x 5 2 x 5
2 x x 5 2 x 5
17 x
.
2 x 2 x 5 2 x 5
y
Так как
то
y
17 x
17
,
x x 2 x 2 x 5 2 x 5
2 x 2 x 5 2 x 5
y
17
17
lim
.
2
x 0 x
x 0 2 x 2 x 5 2 x 5
2 x 5
y lim
Ответ:
17
y
.
2
2 x 5

16.

17.

18.

3. Геометрический смысл
производной.
Лейбниц
Это кто?
Г.В.
«Если продолжить одно из
маленьких
звеньев
ломаной,
составляющей
кривую линию, то эта
продолженная
таким
образом сторона будет
называться касательной к
кривой»

19.

А
4
С
А
В
Tg A=3/ 3
A=7/4
tg В -?
Tg B= 3/3
B=4/7
7
3
С
tg A-?
3
В
Вычислите tgα, если
α = 135°, 120°, 150°.
=-1
=- 3
=- 3/3

20.

Угловой коэффициент прямой.
Прямая проходит через начало
координат и точку Р(3; -1). Чему
равен ее угловой коэффициент?
1 3k
1
k
3

21.

Найдите угловые
коэффициенты прямых:
2
1
1
4
2
3
3
4

22.

3. Геометрический смысл
производной.

23.

3. Геометрический смысл производной
Возьмем на непрерывной кривой L две точки М и М1:
Через точки М и М1 проведем
секущую и обозначим через φ
угол наклона секущей.
y
М1
f(x+ Δx )
f(x )
x
φ
0
y
М
х
x+Δx
х
y f ( x x) f ( x)
tg
x
x
При
x→0 в силу непрерывности функции
y также
стремится к нулю, поэтому точка М1 неограниченно
приближается по кривой к точке М, а секущая ММ1 переходит в
касательную.
tg tg
lim lim
x 0
x 0

24.

3. Геометрический смысл производной.
f ( x x ) f ( x )
y
lim
tg
k
x 0
x
Производная f ’(x) равна угловому
y коэффициенту касательной к
графику функции y = f(x) в точке, абсцисса которой равна x.
Если точка касания М имеет координаты (x0; y0 ), угловой
коэффициент касательной есть k = f ’(x0 ).
Уравнение
Уравнение прямой с угловым коэффициентом:
y y 0 к (x - x0 )
касательной
Уравнение
нормали
Прямая, перпендикулярная касательной в точке касания,
f ' ( x0 )
называется нормалью к кривой.
kнорм
1
1
1
y y0
( x x0 )
kкас f ' ( x0 )
f ' ( x0 )

25.

Пример:
точке x0 = 3.
Найти уравнение касательной и нормали для функции f(x)=x2 в
Решени
е:
1) y 3 f 3 x f 3 3 x 2 32 9 2 3 x x 2 9 6 x x 2 ,
2)
6 x x 2
x 6 x
f 3 lim
lim
lim 6 x 6.
x 0
x 0
x 0
x
x
y f x0 f x0 x x0 уравнение касательной
y f x0
1
x x0 - уравнение нормали
f x0
3)
yкас 9 6 x 3
yкас 6 x 9
13.11.2020
f x0 0 .
1
x 3
6
1
1
yнорм x 9 .
6
2
Ответ: yкас 6 x 9
yнорм 9
1
1
yнорм x 9 .
6
2

26.

3. Физический (механический)
смысл производной
Исаак
Это кто?
Ньютон
«Когда
величина
является
максимальной
или
минимальной, в этот момент
она не течет ни вперед, ни
назад»

27.

3. Физический (механический)
смысл производной
0
s
S(t) за время t
S’(t) V(t) V’(t) a(t)
S(t) - перемещение точки за время t
V(t) – скорость точки в момент t
a(t) – ускорение точки в момент t

28.

3. Физический (механический)
смысл производной
Пример: Точка движется прямолинейно по закону
S(t) = 2 t ³ - 3 t. Вычислите скорость движения точки:
а) в момент времени t;
б) в момент времени t=2с.
Решение:
а)
б)
3
2
2
v(t ) s (t ) (2t 3t ) 2 3t 3 1 6t 3
v(2) 6 22 3 21( м / c)
Ответ: V(t)=6t2-3; V(2)=21 м/с

29.

3. Физический (механический) смысл производной
Пример: Материальная точка движется
по закону 9
2
S (t ) t 7t 6 (м).
Найти
2
В какой момент времени (с) скорость
точки будет равна 12,8 м/c ?
Решение:
S’(t) V(t)
Найти
S (t ) 9t 7 V (t ) V (t ) 12,8
9t 7 12,8
9t 19,8 t = 2,2 (с).

30.

3. Физический (механический)
смысл производной
Пример: Материальная точка движется прямолинейно по
закону х(t)=t³- 4t²
Найдите скорость и ускорение в момент времени t=5с.
Решение:
2
2
v(t ) ( x(t )) 3t 4 2t 3t 8t
v(5) 3 5 8 5 75 40 35( м / с)
2
a(t ) (v(t )) (3t 8t ) 6t 8
2
a(5) 6 5 8 22( м / с )
2
Ответ: V(5)=35 м/c; a(5)=22 м/с2

31.

3. Физический (механический)
смысл производной
x(t ) (t 1) , где t 0;10
3
1. Найти среднюю скорость движения на указанном отрезке
x(10) x(0) 93 ( 1)3 730
cp
73 м с
10 0
10
10
2. Найти мгновенную скорость в момент времени t=3 сек.
(t ) x' (t ) 3(t 1) 2
мгн (3) 3(3 1) 2 3 4 12 м с
3. Найти ускорение при t=3 сек
a(t ) ' (t ) 6(t 1)
Ответ: Vср=73 м/с;
V(3)=12 м/c; a(3)=12 м/с2
a(3) 12 м 2
с

32.

S, км
B
45
III
C
3. Физический (механический)
смысл производной
Определите среднюю скорость
движения
на каждом из
четырех участков :
II
IV
A
10
I
D
0
1
3
3,5
I : Vср
10 0 10
10 км
ч
1 0
1
II : Vср
45 30 15
7.5 км
ч
3 1
2
8
III : Vср
45 45
0
0 км
ч
3,5 3 0,5
IV : Vср
45 0 45
10 км
ч
8 3.5 4.5
t, ч

33.

3. Физический (механический) смысл производной
Пример: Две материальные
точки
движутся
прямолинейно
по законам s1(t) = 1 - 6t + 2,5t 2 и
s2(t) = -3+ 2t + 0,5t 2. Определить в какой момент
времени скорости их
будут равны.
Решение:
1) V1 (t ) (2.5t 2 6t 1)' 5t 6
(формула нахождения скорости движения 1 тела )
2) V2 (t ) (0.5t 2 2t 3)' t 2
(формула нахождения скорости движения 2 тела )
3) по условию в момент времени t 0
подсказк
а
v(t ) S (t )
их скорости равны, т.е.
5t 0 6 t 0 2
t0 2
Ответ: при t0 = 2 с

34.

3. Физический (механический) смысл производной
Задача по химии
Пример: Пусть количество вещества,
вступившего в химическую реакцию задается
зависимостью р( t ) = t 2/2 + 3t –3 (моль). Найти
скорость химической реакции через 3 секунды.
РЕШЕНИЕ:
1) v( t ) = p`( t ) = t + 3,
2) v(3) = p`(3) = 3 + 3 = 6 (моль/сек)
подсказк
а
v(t ) Р (t )
Ответ: 6 моль / сек

35.

3. Физический (механический) смысл производной
Пример: Тело, подброшенное вверх движется
по закону s(t) = 4+ 8t – 5t 2 . Найдите:
1) скорость тела в начальный момент времени;
2) наибольшую высоту подъёма тела.
РЕШЕНИЕ:
1) v (t) = s’(t) = 8 – 10t - скорость тела;
2) t= 0, v(0) = s’(0) = 8 м/с – скорость тела в
начальный момент времени
подсказк
а
v(t ) S (t )
3) s (0,8)= 4+ 8·0,8 – 5· 0,64
=7,2 м – максимальная
высота броска тела.
Ответ: 8 м/с ; 7,2 м.

36.

УСТНО!
Задача по физике
Точка движется прямолинейно по закону
S (t) = t3 – 2t2.
Выберите какой из формул задается скорость
движения точки в момент времени t.
S (t ) v(t )
1) 3t2 – 2; 2) t2 – 4t; 3)3t2 – 4t; 4) t4 – 2t3
Ответ: 3

37.

УСТНО!
Задача по экономике
Объем продукции V цеха в течение дня
зависит от времени по
V(t) = -5/3t3+15/2t2+50t+70.
Вычислите производительность труда П(t).
V (t ) П (t ).
Ответ: П(t) = -5t2+15t+50

38.

Подведём итог:
1. Что называется касательной к графику
функции в точке?
2. В чем заключается геометрический смысл
производной?
3. Сформулируйте алгоритм нахождения
уравнения касательной?
4. В чём заключается физический смысл
производной?

39.

Выберете смайлик, соответствующий вашему
настроению и состоянию после проведенного урока
тревожно, не уверен в себе
спокойно, у меня все получится
безразлично, что будет, то и будет

40.

Домашнее задание:
Написать конспект занятия. Выделить
формулы и определения.
13.11.2020
40

41.

Используемая литература:
1.
Учебник Колмогорова А.Н. «Алгебра и начала анализа 10-11»
2.
Алгебра и начала математического анализа: Учеб. Для 10-11 кл. для учащихся
общеобразовательных учреждений (базовый уровень) / Под редакцией А.Г.
Мордковича. – М.: Мнемозина, 2009.
3.
Алгебра и начала математического анализа: Задачник, Для 10-11 кл. для учащихся
общеобразовательных учреждений (базовый уровень) / Под редакцией А.Г.
Мордковича. – М.: Мнемозина, 2009.
4.
Алгебра и начала анализа. Самостоятельные и контрольные работы для 10-11
классов. / Ершова А.П., Голобородько В.В. – М.: ИЛЕКСА, 2010
5.
ЕГЭ 2010. Математика. Задача В8. Рабочая тетрадь / Под редакцией А.Л.Семенова и
И.В.Ященко – M.: Издательство МЦНМО, 2010
6.
МАТЕМАТИКА СБОРНИК ТЕСТОВ ПО ПЛАНУ ЕГЭ 2009. Учебно-методическое
пособие. под редакцией А. Г. Клово, Д. А. Мальцева; Ростов-на-Дону. НИИ школьных
технологий