转一篇不错的文章,对导数概念的理解很有帮助
导数概念是
数学分析基本概念,很多同学对此模棱两可,现从“导数概念局部性”“利用导函数极限求导数值”“两个实例”三方面对导数概念进行讨论,使同学们对导数有更深更全面的了解。
1. 导数概念的局部性
因为导数与连续同样是用某一点的极限定义,故导数与连续同样也是一个局部性的概念,函数
f(
x)在
x0连续,在
x0邻域不一定连续,同样,
f(
x)在
x0可导,在
x0邻域也不一定可导。
例如:
f(
x)=
x2
D(
x),(其中
D(
x)为狄利克雷函数),可以证明,它只在原点可导。
因为

,

可见
f(
x)在
x=0可导且
f(
x)=0,但
f(
x)在其余点不可导。事实上,设{Xn}是大于且趋于
x0的有理数列,{
xn}是大于且趋于
x0的无理数列。于是当
x0为无理数时,因为

,
但

。
由海涅定理:
f(
x)在无理点
x0不可导。当
x0为非零有理数时,
因为

,
但

,
由海涅定理:
f(
x)在非零有理点
x0处也不可导。
2. 利用导函数的极限求导数值一般来说,不能用函数
f‘(x)在
x0的极限求
f’(
x0),除非
f(
x)在
x0连续。但是导函数却不一样,在较弱条件下就可以这样做。
定理:设函数
f(
x)在区间[
x0,
x0+
h](
h>0)内连续,且当
x>
x0时有有穷导数
f‘(
x),若
f’(
x0+0)存在(有穷或无穷),则
f‘(
x0+0)=
f’(
x0)
证明:设0<△x<
h由拉格朗日中值定理有
其中0<0<1,令△
x→0+得:
f‘(
x0)=
f’(
x0+0)上述结果有下面两方面意义:
1). 导函数在某点的单侧极限存在,则该点的同侧导数就存在,若此左右极限又相等,那么极限就是该点的导数,这就是说用导函数的单侧极限可以求导数值。这种方法当特殊点的导数不易求,而导函数的单侧极限易求时尤其有效。
2). 某点导数存在,则导函数在该点的左右极限存在且相等,这意味着导函数不可能有跳跃间断点,或者说导函数在每一点,或连续,或第二类间断;还可换一种说法,就是有跃点的函数没有原函数,即不会是某个函数的导函数,这后一说法在积分学中表明:有跃点的函数无法求不定积分。
3. 几个反例
3.1

但是
f(
x)在任何一点都没有导数。
例如:

因为
x+1/
n与
x同为有理数,或同为无理数,
故恒有:
f(
x+1/
n)-
f(
x)=0
所以

。
但是
f(
x)在(-∞,+∞)内处处间断,从而在任何一点都没有导数。
本例说明:求函数在一点的导数时,自变量的增量必须是趋向于零的任意量,它不能只按某些特定的方式趋向于零。
3.2

存在,但是函数
f(
x)在
x=a不可导。例如
f(
x)=│
x│在
x=0
有
f(0+
h)=
f(0-
h)=│
h│

但是
f(
x)在
x=0不可导
本例说明:

这一结论是在
f(
x)在
x=a处可导的条件下才成立。