五、函数微分

5.1定义

微分和导数有密切关系,我们回顾x0处导数为:

微分的形式为:

表示函数在x0点处,△x的微分,可见导数表示“增长率”的概念,微分表示“增长量的概念,这里△y≈dy实际是把一个无穷小量舍掉了(△y=A△x+o(△x))。
函数在x0有微分充分必要条件是:函数在x0处可导。
从坐标系上看,△y是函数f(x)的增量,dy是函数在x0切线的增量,当△x->0时


其实,这就是用切线段代替曲线段,用线性函数近似代替非线性函数,数学上称为非线性函数的局部线性化。

5.2微分求解公式


注意上面积和商的公式。

5.3微分的工程应用1——近似计算

由前面的定义我们知道:

即:

利用这个公式,当f(x0+△x)形式比较复杂时,可以用等号后面的式子计算。
(案例可见课本P117页例8)
上式,当x0=0时变为:(△x就是x)

其实上式就是泰勒公式在0点处把高阶项去掉的形式,利用这个公式可以求一些复杂方程式得近似解,如:

PS:上满式子也很像等价无穷小量。

5.4微分的工程应用2——误差估计

我们知道,受测量仪器、条件和方法的制约,测试都是有误差的,我们先来看下绝对误差和相对误差的概念:
绝对误差:|A-a|
相对误差:|A-a|/|a|
绝对误差限δ:|A-a|<δ
相对误差限:δ/|a|

由微分的定义可以知:

上式左边就是绝对误差,右边就是因变量的绝对误差限△y,△x就是自变量的绝对误差限。
(课本P119页例10)

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