Reja: Funksiya differensiali va uning funksiya hosilasi bilan bog’liqligi

Ikkinchi tartibli hosilaning mexanik ma’nosi

Ikkinchi tartibli hosila sodda mexanik ma’noga ega. Faraz qilaylik moddiy nuqtaning harakat qonuni s=s(t) funksiya bilan aniqlangan bo‘lsin. U holda uning birinchi tartibli hosilasi v(t)=s’(t) harakat tezligini ifodalashi bizga ma’lum. Ikkinchi tartibli a=v’(t)=s’’(t) hosila esa harakat tezligining o‘zgarish tezligi, ya’ni harakat tezlanishini ifodalaydi.

Misol. Moddiy nuqta s=5t²+3t+12 (s metrlarda, t sekundlarda berilgan) qonun bo‘yicha to‘g‘ri chiziqli harakat qilmoqda. Uning o‘zgarmas kuch ta’sirida harakat qilishini ko‘rsating.
Yechish. s’=(5t²+3t+12)’=10t+3; s’’=(10t+3)’=10, bundan a=10m/s² bo‘lib, harakat tezlanishi o‘zgarmas ekan. Nьyuton qonuni bo‘yicha kuch tezlanishga proportsional. Demak, kuch ham o‘zgarmas ekan.
Yuqori tartibli hosilaning xossalari. Leybnits formulasi


1-xossa. Agar u(x) va v(x) funksiyalar n-tartibli hosilalarga ega bo‘lsa, u holda bu ikki funksiya yig‘indisining n -tartibli hosilasi uchun
(u(x)+ v(x))⁽ⁿ⁾= u⁽ⁿ⁾(x)+ v⁽ⁿ⁾(x)
formula o‘rinli bo‘ladi.
Isbot. Aytaylik y=u+v bo‘lsin. Bu funksiyaning hosilalarini ketma-ket hisoblash natijasida quyidagilarni hosil qilamiz: y’=u’+v’, y’’=(y’)’=( u’+v’)’=u’’+v’’.
Matematik induksiya metodidan foydalanamiz, ya’ni n=k tartibli hosila uchun y^(k)=u^(k)+v^(k) tenglik o‘rinli bo‘lsin deb faraz qilamiz va n=k+1 uchun y^(k+1)=u^(k+1)+v^(k+1) ekanligini ko‘rsatamiz.
Haqiqatan ham, yuqori tartibli hosilaning ta’rifi, hosilaga ega bo‘lgan funksiyalar xossalaridan foydalanib y^(k+1)=(y^(k))’=(u^(k)+v^(k))’= =(u^(k))’+(v^(k))’= u^(k+1)+v^(k+1) ekanligini topamiz.
Matematik induksiya prinsipiga ko‘ra y⁽ⁿ⁾=u⁽ⁿ⁾+v⁽ⁿ⁾ tenglik ixtiyoriy natural n uchun o‘rinli deb xulosa chiqaramiz.
2-xossa. O‘zgarmas ko‘paytuvchini n-tartibli hosila belgisi oldiga chiqarish mumkin: (Cu)⁽ⁿ⁾=Cu⁽ⁿ⁾.
Bu xossa ham matematik induksiya metodidan foydalanib isbotlanadi. Isbotini o‘quvchilarga qoldiramiz.
Misol. y= funksiyaning n-tartibli hosilasi uchun formula keltirib chiqaring.
Yechish. Berilgan kasr-ratsional funksiyaning maxrajini ko‘paytuvchilarga ajratamiz: (x²-5x+6)=(x-2)(x-3). So‘ngra
(6)
tenglik o‘rinli bo‘ladigan A va B koeffitsientlarni izlaymiz. Bu koeffitsientlarni topish uchun tenglikning o‘ng tomonini umumiy maxrajga keltiramiz va ikki kasrning tenglik shartidan foydalanamiz. U holda 2x+3=A(x-3)+B(x-2), yoki 2x+3=(A+B)x+(-3A-2B)
tenglikka ega bo‘lamiz. Ikki ko‘phadning tenglik shartidan (ikki ko‘phad teng bo‘lishi uchun o‘zgaruvchining mos darajalari oldidagi koeffitsientlar teng bo‘lishi zarur va yyetarli) quyidagi tenglamalar sistemasi hosil bo‘ladi:

Bu sistemaning yechimi A=-7, B=9 ekanligini ko‘rish qiyin emas. Topilgan natijalarni (8.1) tenglikka qo‘yamiz va yuqorida isbotlangan xossalardan foydalanib, berilgan funksiyaning n-tartibli hosilasini kuyidagicha yozish mumkin:
y⁽ⁿ⁾=-7 +9 (7)
Endi va funksiyalarning n-tartibli hosilalarini topishimiz lozim. Buning uchun u= funksiyaning n-tartibli hosilasini bilish yyetarli. Bu funksiyani u=(x+a)^-1 ko‘rinishda yozib, ketma-ket hosilalarni hisoblaymiz. U holda
u’=-(x+a)^-2, u’’=2(x+a)^-3, u’’’=-23(x+a)^-3=-6(x+a)^-4.
Matematik induksiya metodi bilan
u⁽ⁿ⁾=(-1)ⁿn!(x+a)^-n-1 (8)
Shunday qilib, (7) va (8) tengliklardan foydalanib quyidagi
y⁽ⁿ⁾=-7(-1)ⁿn!(x-2)^-n-1+9(-1)ⁿn!(x-3)^-n-1=(-1)ⁿn!
natijaga erishamiz.
3-xossa. Agar u(x) va v(x) funksiyalar n-tartibli hosilalarga ega bo‘lsa, u holda bu ikki funksiya ko‘paytmasining n -tartibli hosilasi uchun

+ (9)
formula o‘rinli bo‘ladi. Bunda .
Isbot. Matematik induksiya usulini qo‘llaymiz. Ma’lumki, (uv)’=u’v+uv’. Bu esa n=1 bo‘lganda (9) formulaning to‘g‘riligini ko‘rsatadi. Shuning uchun (9) formulani ixtiyoriy n uchun o‘rinli deb olib, uning n+1 uchun ham to‘g‘riligini ko‘rsatamiz. (8.9) ni differensiyalaymiz:

+ (10)
Ushbu

=
tengliklardan foydalanib, (10) ni quyidagicha yozamiz:

Demak, (9) formula n+1 uchun ham o‘rinli ekan. Isbot etilgan (9) formula Leybnits formulasi deb ataladi.
Misol. y=x³e^x ning 20-tartibli hosilasi topilsin.