1.如果
是直线上质点运动位移,则
就是质点运动中的速度,![]()
为加速度,这样很自然地可以引进高阶导数概念。
一般地可由归纳法定义:
是
的
阶导数,它的
阶导数定义为
。形式地记
,引进一个记号
![]()
在概念上高阶导数没有什么新东西,但在具体求高阶导数时还是需要一些新技巧。
例1
,求
。
解
,
,
。
例2
,求
。
解
,
,
当
为正整数时,
,
,
,
。若
是
次多项式,
,则
。
例3
,求
。
解
,
,
, 其中规定
。
例4
,求
。
解
,
![]()

同理可得
![]()
用 Euler公式,
, 形式地

所以
,
。
例5
,求
。
解 ![]()
![]()

![]()
。
特别地
,
。
2.
Leibniz 公式
![]()
![]()
![]()
![]()
。
定理 若
有任意阶导数,则
,
。
证 用归纳法,
已经成立。 设
时成立,我们来证
时也成立。
![]()

这个证明与牛顿二项式展开公式证明的格式是一致的,这里的更标准。最后一步用到了恒等式
。
复合函数,反函数,参数式,隐函数归纳不出求高阶导数的公式,但至少我们可归纳出二阶,三阶导数的公式,那也是非常有用的。
例如 ![]()
![]()
![]()
![]()
设
,
互为反函数,则
![]()

又设
为参数式,则
![]()

再设
定义隐函数
,则对
两边求一次导,得出含
的方程,解出
来;求二次导,得出含
的方程,可解出
来。
例6
,求
。
解 这个函数求
的公式是困难的,但求
相对容易,这在今后研究它的Taylor 展开式时是有用的。
, ![]()
两边再对
求一次导数,得
。当
时,
,可除去
项,得
。求
次导数,用Leibniz 公式,得
![]()
把
代入,得
![]()
![]()
,
,
,

例7
设
在
点有一,二阶导数,满足
,
。
求过点
的圆
,使得它在
点与给定函数有相同的一二阶导数,该圆称为曲率圆,R 称为曲率半径,
称为曲率,点
称为曲率中心,它在工程中,比如铁路转弯的
设计中非常有用。
解 需要求的参数有三个
。它们满足
(1)
过
点: ![]()
(2)
在
点一阶导数相同 ![]()
(3)
在
点二阶导数相同 ![]()
由(3)解出
由(2)解出
![]()
由(1)解出
。
导数概念在经济学中就是通常的“边际”的概念。
设
为一个经济函数,则
称为该函数的“边际”函数。 如,
为需求函数,则
为“边际”需求函数;
为成本函数,
为“边际”成本函数;
为利润函数,
为“边际”利润函数。
产品按件计算时,
用差分来代替导数,它表示产量每增加一个单位(一件)时,经济函数的增加量,这就是“边际”函数的定义。
例 1: 某企业每月生产
吨产品的总成本
(千元)是产量
的函数![]()
,如果每吨产品的销售价格为
千元,试求每月生产8吨,10吨,15吨,20吨产品的实际利润。
解: 销售收入函数
(千元),
利润函数 ![]()
这里成本函数
表示固定成本20千元,可变成本
(千元/吨)是产量的函数,它表示可变成本随产量增加是线性增加的,这是这个模型的关键。
当
时,
当
时。
,
,
,