§4.4 高阶导数

 

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: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。

    1  ,求

      

    2  ,求

         为正整数时,。若次多项式,,则

    3  ,求

       其中规定

    4  ,求

   

    

    

同理可得

        

Euler公式,, 形式地

     

所以 

    5  ,求

 

   

 

 

      

        

特别地 

       

2.   Leibniz 公式

          

          

          

          

          

定理   有任意阶导数,则

        

  用归纳法,已经成立。 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  

     

     

     

, 互为反函数,则

              

             

又设为参数式,则

                

                

再设定义函数,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。

6  ,求

 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

代入,得

     

     

           

         

          

7  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。

   需要求的参数有三个。它们满足

(1)    点:                

(2)    点一阶导数相同      

(3)    点二阶导数相同      

由(3)解出        

    由(2)解出     

由(1)解出     

 

3. 导数与“边际”概念

 

   导数概念在经济学中就是通常的“边际”的概念。

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。

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。

        时, 时。