(吕梁高等专科学校数学系,山西离石033000)
[摘 要] 导数概念是数学分析基本概念,很多同学对此模棱两可,现从“导数概念局部性”“利用导函数极限求导数值”“两个实例”三方面对导数概念进行讨论,使同学们对导数有更深更全面的了解。
[关键词] 导数;极限[中图分类号]O172。1 [文献标识码]A
1. 导数概念的局部性
因为导数与连续同样是用某一点的极限定义,故导数与连续同样也是一个局部性的概念,函数f(x)在x0连续,在x0邻域不一定连续,同样,f(x)在x0可导,在x0邻域也不一定可导。
例如:f(x)=x2D(x),(其中D(x)为狄利克雷函数),可以证明,它只在原点可导。
因为
,
可见f(x)在x=0可导且f'(x)=0,但f(x)在其余点不可导。事实上,设{Xn}是大于且趋于x0的有理数列,{xn'}是大于且趋于x0的无理数列。于是当x0为无理数时,因为
,
但
。
由海涅定理:f(x)在无理点x0不可导。当x0为非零有理数时,
因为
,
但
,
由海涅定理:f(x)在非零有理点x0处也不可导。
2. 利用导函数的极限求导数值一般来说,不能用函数f(x)在x0的极限求f(x0)。除非f(x)在x0连续。但是导函数却不一样,在较弱条件下就可以这样做。
定理:设函数f(x)在区间[x0,x0+h](h>0)内连续,且当x>x0时有有穷导数f'(x),若f'(x0+0)存在(有穷或无穷),则
f'(x0+0)=f'(x0)
证明:设0<△x<h由拉格朗日中值定理有
其中0<0<1,令△x→0+得:f'(x0)=f'(x0+0)上述结果有下面两方面意义:
1). 导函数在某点的单侧极限存在,则该点的同侧导数就存在,若此左右极限又相等,那么极限就是该点的导数,这就是说用导函数的单侧极限可以求导数值。这种方法当特殊点的导数不易求,而导函数的单侧极限易求时尤其有效。
2). 某点导数存在,则导函数在该点的左右极限存在且相等,这意味着导函数不可能有跳跃间断点,或者说导函数在每一点,或连续,或第二类间断;还可换一种说法,就是有跃点的函数没有原函数,即不会是某个函数的导函数,这后一说法在积分学中表明:有跃点的函数无法求不定积分。
3. 几个反例
3.1
但是f(x)在任何一点都没有导数。
例如:
因为x+1/n与x同为有理数,或同为无理数,
故恒有:f(x+1/n)-f(x)=0
所以
。
但是f(x)在(-∞,+∞)内处处间断,从而在任何一点都没有导数。
本例说明:求函数在一点的导数时,自变量的增量必须是趋向于零的任意量,它不能只按某些特定的方式趋向于零。
3.2
存在,但是函数f(x)在x=a不可导。例如f(x)=│x│在x=0
有f(0+h)=f(0-h)=│h│
但是f(x)在x=0不可导
本例说明:
这一结论是在f(x)在x=a处可导的条件下才成立。
[参考文献]
[1]刘玉琏。数学分析讲义[M]。北京:高等教育出版社,1992,8。146。
[2]吉米多维奇。数学分析习题集[M]。山东:山东科学技术出版社,1980,92。
[吕梁高等专科学校学报]