微积分 - 导数

1、导数的定义

导数,也为叫导函数值。又名微商,是微积分中的重要基础概念,导数可以理解为自变量的变化趋势,下面用一个图去展示:

微积分 - 导数_第1张图片

当 y = f ( x ) 的自变量 x 在一点 x_{0}上产生一个增量 Δ x 时,函数输出值的增量 Δ y与自变量增量 Δ x 的比值在 Δ x 趋于 0 的极限 \lim_{\triangle x \to 0 }如果存在,那么有:

f'(x_{0}) = \lim_{\triangle x \to 0 } \frac{\triangle y}{\triangle x} = \lim_{\triangle x \to 0 }\frac{f(x_{0}+\triangle x) - f(x_{0})}{\triangle x}

2、左右导数

左导数: 函数 f ( x ) 在某点 x_{0} 的某一左半领域 ( x_{0} − Δ x , x_{0} ) 内有定义,当 Δ x 从左侧无限趋近于 0  时

\lim_{\triangle x \to 0} \frac{f(x_{0}) - f(x_{0}-\triangle x)}{\triangle x}的左极限存在,那么就称 f ( x ) 在  x_{0}点有左导数,该极限值就是左导数的值

右导数: 函数 f ( x ) 在某点 x_{0} 的某一右半领域 (x_{0}, x_{0} + Δ x ) 内有定义,当 Δ x 从右侧无限趋近于 0  时

\lim_{\triangle x \to 0} \frac{f(x_{0}+\triangle x) - f(x_{0}) }{\triangle x}的右极限存在,那么就称 f ( x ) 在  x_{0}点有右导数,该极限值就是右导数的值

下面的绝对值函数的左导数和右导数不相同,左导数是 − 1 ,右导数是 + 1 ,0  位置不可导 f ( x ) = ∣ x ∣ 

微积分 - 导数_第2张图片

3、可导函数

函数可导的条件如下:

  • 函数在该点的去心邻域内有定义。
  • 函数在该点处的左、右导数都存在。
  • 左导数=右导数

微积分 - 导数_第3张图片

\sigma (x) = \frac{1}{1+e^{-x}}

4、函数求导公式

原函数 导函数
f(x)= C,C 是常数 f '(x) = 0
f(x)= x^{n},n 是常数且n ≠ 0 f '(x) = nx^{n-1}
f(x)= lnx f '(x) =  \frac{1}{x}
f(x)= log_{a}x  a > 0且 a ≠ 1 f '(x) = \frac{1}{xlna}
f(x)= e^{x} f '(x) = e^{x}
f(x)= a^{x} f '(x) = a^{x}lna
f(x)= sinx f '(x) = cosx
f(x)=cosx f '(x) = -sinx

5、导数的四则运算

导数加减: (f(x) \pm g(x))' = f'(x) \pm g'(x)

导数乘法:(f(x)g(x))' = f'(x)g(x) + f(x)g'(x)

导数除法:(\frac{f(x)}{g(x)})' = \frac{f'(x)g(x)-f(x)g'(x)}{g^{2}(x)}

6、复合函数求导法则

其求导有链式法则:

\frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du}\frac{du}{dx}

画出关系图:y → u → x ,可见从 y  到 x  有一条路径,每一段路径(对应一个导数)相乘起来。
这个规则推广到多元复合函数也是适用的:

(f(g(x)))' = f'(g(x))g'(x)

7、泰勒级数

若函数 f ( x ) 在包含x_{0} 的某个开区间 ( a , b ) 上具有 ( n + 1 ) 阶导数,那么对于任意 x ∈ ( a , b ) 有:

f(x) \approx f(x_{0}) + \frac{f'(x_{0})}{1!}f(x-x_{0})+ \frac{f''(x_{0})}{2!}f(x-x_{0})^{2}+\cdots + \frac{f^{n+1})(x_{0})}{(n+1)!}f(x-x_{0})^{n+1} 

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