Производные тригонометрических функций: тангенса, синуса, косинуса и других

Из курса геометрии и математики школьники привыкли, что понятие производной доносится до них через площадь фигуры, дифференциалы, пределы функций, а также лимиты. Попробуем посмотреть на понятие производной под другим углом, и определить, как можно увязать производную и тригонометрические функции.

Содержание

Понятие производной

Итак, рассмотрим некую произвольную кривую, которая описывается абстрактной функцией y = f(x).

График произвольной функции

Представим что график — это карта туристического маршрута. Приращение ∆x (дельта икс) на рисунке — это определенный промежуток пути, а ∆y – это изменение высоты тропы над уровнем моря.
Тогда получается, что отношение ∆x/∆y будет характеризовать сложно маршрута на каждом отрезке пути. Узнав это значение можно с уверенностью сказать крутой ли подъем/спуск, понадобится ли альпинистское снаряжение и нужна ли туристам определенная физическая подготовка. Но показатель этот будет справедлив только для одного маленького промежутка ∆x.

Если организатор похода возьмет значения для начальной и конечной точек тропы, то есть ∆x – будет равен длине маршрута, то не сможет получить объективные данные о степени сложности путешествия.  Следовательно, необходимо построить еще один график, который будет характеризовать скорость и «качество» изменений пути, другими словами определять отношение ∆x/∆y для каждого «метра» маршрута.

Этот график и будет являться наглядной производной для конкретной тропы и объективно опишет ее изменения на каждом интересующем интервале. Убедиться в этом очень просто, значение  ∆x/∆y – есть не что иное, как дифференциал, взятый для конкретного значения x и y. Применим же дифференцирование не определенным координатам, а к функции в целом:

Снимок экрана 2017-12-04 в 17.41.39

Производная и тригонометрические функции

Тригонометрические функции неразрывно связаны с производной. Понять это можно из следующего чертежа. На рисунке координатной оси изображена функция  Y = f (x) – синяя кривая.

K (x0; f (x0)) – произвольная точка, x0 + ∆x – приращение по оси OX, а f (x0 + ∆x) – приращение по оси OY в некой точке L.

Взаимосвязь тригонометрических функций и производной

Проведем прямую через точки K и L и построим прямоугольный треугольник KLN. Если мысленно перемещать отрезок LN по графику Y = f (x), то точки L и N будут стремиться к значениям K (x0; f (x0)). Назовем эту точку условным началом графика — лимитом, если же функция бесконечна, хотя бы на одном из промежутков  – это стремление также будет бесконечным, а его предельное значение близким к 0.

Характер данного стремления можно описать касательной к выбранной точке y = kx + b или графиком производной первоначальной функции dy – зеленая прямая.

Но где же здесь тригонометрия?! Все очень просто рассмотрим прямоугольный треугольник KLN. Значение дифференциала для конкретной точки K есть тангенс угла α или ∠K:

Снимок экрана 2017-12-04 в 17.44.53

Таким образом можно описать геометрический смымсл производной и ее взаимосвязь с тригонометрическими функциями.

Формулы производных для тригонометрических функций

Преобразования синуса, косинуса, тангенса и котангенса при определении производной необходимо заучить наизусть.

proizvodnye-trigonometricheskih-funkcij

Последние две формулы не являются ошибкой, дело в том, что существует разница между определением производной простого аргумента и  функции в том же качестве.

Рассмотрим сравнительную таблицу с формулами производных от синису, косинуса, тангенса и котангенса:

Сравнительная таблица

Также выведены формулы для производных арксинуса, арккосинуса, арктангенса и арккотангенса, хотя они применяются крайне редко:

производные арков

Стоит отметить, что приведенных формул явно недостаточно для успешного решения типовых заданий ЕГЭ, что будет продемонстрированно при решении конкретного примера поиска производной тригонометрического выражения.

Задание: Необходимо найти производную функции и найти ее значение для π/4:

Функция для примера

Решение:  Чтобы найти y’ необходимо вспомнить основные формулы преобразования исходной функции в производную, а именно:

Формулы для решения

Теперь следует приступить к поэтопному преобразованию исходной функции y, сначала применим формулу (1):

Решение этап 1

Согласно формуле (2) преобразуем числитель выражения:

Решение этап 2

Избавимся от производным числа 1 по правилу (3) и заменим sin x его производной (4):

Решение этап 3

Осталось посчитать значение производной для π/4:

Решение этап 4

Загрузка...

Снимок экрана 2017-12-04 в 17.52.50

Загрузка...

Похожие статьи