首页 > 其他分享 >导数的介绍和导数的定义

导数的介绍和导数的定义

时间:2024-09-01 20:21:02浏览次数:14  
标签:定义 导数 graph self axes 介绍 label derivative

1.介绍

前面的内容在我们提过,函数在某个位置的导数是它在该位置上的斜率。

那斜率数什么呢?

我们可以找到两点之间的平均斜率。就像下面的图像一样:

但是我们如何找到某个点的斜率呢?没有什么办法可完成的!就像跟他一样:

 但有个方法:但是对于导数,我们使用了一个小的差异......;...然后让它缩小到零。就像它一样:

 我们来求导数吧!。为了求函数y = f(x)的导数,我们使用斜率公式:

Slope = \frac{Change in Y}{Change in X} = \frac{\Delta y}{\Delta x}

 (从图表中)我们可以看到:


X从X变为 (X +Δx):

Y从f(X)变为 f(X +Δx):

 现在按照以下步骤操作:

  • 代入斜率公式:\frac{\Delta y}{\Delta x}=\frac{f(x+\Delta x)-f(x)}{\Delta x}
  • 尽可能地简化它
  • 然后使 Δx 向零收缩。

 跟下面的例子一样:

 很多情况下我们用dx代替Δx趋向0。导数通常写成 \frac{d}{dx}  是这样的 :  \frac{d}{dx}x^2=2x

"x^2的导数等于2x"或者简称为"\frac{d}{dx}x^2=2x"。

所以\frac{d}{dx}x^2=2x到底是什么意思?

这意味着,对于函数x^2,任意点的斜率或“变化率”是2x。

  • 当x=2时,斜率是2x = 4,如图所示
  • 或者当x=5时,斜率是2x = 10,以此类推。

2.导数的定义

        在极限这一章的第一节中,我们看到了切线斜率的计算,函数的瞬时变化率,以及物体在x点的瞬时速度x=a都要求我们计算下面的极限。

\mathop {\lim }\limits_{x \to a} \frac{​{f\left( x \right) - f\left( a \right)}}{​{x - a}}

我们还看到,稍微变换一下符号这个极限也可以写成,

\mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{​{f\left(a+h \right) - f\left( a \right)}}{​{h}}                                                   (1)

这是一个非常重要的极限,它出现在很多地方,所以我们给它起了一个名字。我们称它为导数。这是导数的官方定义。

导数的定义:

f'\left( x \right) = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{​{f\left( {x + h} \right) - f\left( x \right)}}{h}                                (2)

 我们用这个定义计算一些导数。

例1:用导数的定义求下列函数的导数。

f\left( x \right) = 2{x^2} - 16x + 35

 :我们真正需要做的就是把这个函数代入导数的定义中的(2),然后做一些代数运算。然而,不可否认,代数有时会让人有些不愉快,但这只是代数,所以不要对我们现在计算导数的事实感到兴奋。
        首先把函数代入导数的定义中。

                                                ​​​​​​​        f'( x ) = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{​{f\left( {x + h} \right) - f\left( x \right)}}{h}

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​   = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{​{2{​{\left( {x + h} \right)}^2} - 16\left( {x + h} \right) + 35 - \left( {2{x^2} - 16x + 35} \right)}}{h}

 在做减法的时候要小心,确保你正确地处理了括号。现在,我们从上一章知道我们不能只代入h=0
,因为这将给我们一个除零误差。所以,我们要做一些功。在这种情况下,这意味着把所有项相乘然后把负号分配到第二项上。这样做,

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​f'( x ) = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{​{2{x^2} + 4xh + 2{h^2} - 16x - 16h + 35 - 2{x^2} + 16x - 35}}{h}

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​  = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{​{4xh + 2{h^2} - 16h}}{h}

注意分子中没有h的每一项都消掉了我们现在可以把h从分子中提出来这样就可以消掉分母中的h。然后我们可以计算极限。

f'( x) = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} \frac{​{h\left( {4x + 2h - 16} \right)}}{h} \\ = \mathop {\lim }\limits_{h \to 0} 4x + 2h - 16 \\ = 4x - 16

 所以,导数是,

f'\left( x \right) = 4x - 16

 示例代码1:

from manim import *  

class FunctionAndDerivative(Scene):  
    def construct(self):  
        # Define axes  
        axes = Axes(  
            x_range=[-1, 6, 1],  
            y_range=[-1, 10, 1],  
            axis_config={"color": BLUE},  
        )  

        # Define the function f(x)  
        f = lambda x: 2 * x**2 - 16 * x + 35  
        graph = axes.plot(f, color=WHITE)  
        graph_label = axes.get_graph_label(graph, label='f(x)')  

        # Define the derivative f'(x)  
        f_prime = lambda x: 4 * x - 16  
        derivative_graph = axes.plot(f_prime, color=YELLOW)  
        derivative_label = axes.get_graph_label(derivative_graph, label="f'(x)", x_val=5)  

        # Add everything to the scene  
        self.play(Create(axes), Create(graph), Write(graph_label))  
        self.play(Create(derivative_graph), Write(derivative_label))  
        self.wait(2)  

示例代码2: 

from manim import *

class FunctionAndDerivative01(Scene):
    def construct(self):
        # Define axes
        axes = Axes(
            x_range=[-1, 6, 1],
            y_range=[-1, 10, 1],
            axis_config={"color": BLUE},
        )

        # Define the function f(x)
        f = lambda x: 2 * x**2 - 16 * x + 35
        f_prime = lambda x: 4 * x - 16  # Move f_prime here
        graph = axes.plot(f, color=WHITE)
        graph_label = axes.get_graph_label(graph, label='f(x)')

        # Create a moving point on the graph
        moving_point = Dot(color=RED).move_to(axes.c2p(2, f(2)))

        # Create a tangent line
        tangent_line = always_redraw(lambda: Line(
            start=axes.c2p(moving_point.get_x(), f(moving_point.get_x())) + LEFT,
            end=axes.c2p(moving_point.get_x(), f(moving_point.get_x())) + RIGHT
        ).shift(1 * UP).rotate(np.arctan(f_prime(moving_point.get_x()))))

        # Define the derivative f'(x)
        derivative_graph = axes.plot(f_prime, color=YELLOW)
        derivative_label = axes.get_graph_label(derivative_graph, label="f'(x)", x_val=5)

        # Add everything to the scene
        self.play(Create(axes), Create(graph), Write(graph_label))
        self.play(Create(derivative_graph), Write(derivative_label))
        self.play(Create(moving_point), Create(tangent_line))

        # Animate the moving point and tangent line
        for x in np.arange(2, 5, 0.1):
            self.play(moving_point.animate.move_to(axes.c2p(x, f(x))), run_time=0.1)
            self.wait(0.1)

        self.wait(2)

 

 

标签:定义,导数,graph,self,axes,介绍,label,derivative
From: https://blog.csdn.net/qq_45449625/article/details/141783987

相关文章

  • 自我介绍+软工5问
    这个作业属于哪个课程课程作业1这个作业要求在哪里自我介绍+软工五问这个作业的目标学会使用Markdown,github的基础操作,以及博客园上的基础操作自我介绍基本信息......
  • 自我介绍+软工5问
    这个作业属于哪个课程https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/CSGrade22-34/这个作业要求在哪里https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/CSGrade22-34/homework/这个作业的目标创建博客园和github账号并利用其学习知识,学习发布随笔介绍自己并提出对于软工5问见解,分享关......
  • 自我介绍+软工5问
    这个作业属于哪个课程https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/CSGrade22-34这个作业要求在哪里https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/CSGrade22-34/homework/13228这个作业的目标<创建博客和GitHub>自我介绍我叫钟启腾,是广东工业大学的一名学生,爱好打乒乓球。软......
  • Redis组件介绍(四)
    写在前面今天继续学习后面的知识。Redis操作命令操作List相关APILPUSH说明:将某个值加入到一个key列表的头部。当列表不存在时会创建。语法:LPUSHkeyvalue[value...]返回值:成功返回列表的元素个数,失败返回0。LPUSHX说明:与LPUSH类似,但必须保证......
  • 7 个热门的 AI 视频生成工具介绍
    AI视频生成领域最近的发展简直是突飞猛进,让人目不暇接啊! 就在前不久,OpenAI推出的Sora震惊了整个科技圈。但是,惊喜不止于此,国产的AI视频工具“可灵”据说已经在某些方面超越了Sora,这真是让人兴奋不已! AI视频生成技术的发展速度之快,应用范围之广,真的让人感叹。从内......
  • 自我介绍+软工五问
    这个作业属于哪个课程22计科2班这个作业要求在哪里作业要求这个作业的目标开通博客园,熟悉Markdown的基本使用,开通Github自我介绍姓名:宋观瑞爱好:篮球、电影、游戏、看体育赛事软工五问1.在软件工程中怎么分析一个产品的需求2.在开发一个产品的过......
  • 【001】电阻器件参数介绍
    1.0常见的电阻厂家VISHAY威世,K0A兴亚、Kyocera京瓷、muRata村田、Panasonic松下,YAGEO国巨,RALEC旺诠Uni0hm厚声,FH风华,振华云科。2.0电阻的器件手册 电阻的常见封装:0075/0100/0201/0402/0805等电阻的精度参数注:选电阻时首先看的是电阻的阻值电阻的封装和......
  • 自我介绍+软工5问
    自我介绍大家好!我叫阿依古再丽,来自美丽新疆,欢迎大家来新疆游玩。是一名大三生,现就读于计算机科学与技术专业。爱好是听音乐,打篮球,拍照,看综艺。还喜欢一些可可爱爱的猫狗,喜欢跟它们玩。软工5问1.如何学好软件工程这门课?2.软件工程的核心原则有哪些?3.软件工程到底是什么?4......
  • 自我介绍+软工5问
    自我介绍+软工5问这个作业属于哪个课程班级链接这个作业要求在哪里作业要求的链接这个作业的目标预习软件工程内容,熟悉markdown语法,git用法和博客园自我介绍我是计科1班王伊若,担任辅导员助理、计算机学院辩论队队长。我爱好广泛,喜欢摄影、阅读、观影、绘......
  • 自我介绍+软工5问
    这个作业属于哪个课程22级计科12班这个作业要求在哪里作业要求这个作业的目标开通博客园,熟悉Markdown的基本使用,开通Github,熟悉教材内容自我介绍姓名:徐梓聪性别:男爱好:旅游、蓝球、电影、游戏、音乐(TheRealSoulPower)软工5问什么是软件工程的生......