Вопрос 40 (41).

Понятие дифференциала и его геометрический смысл

Пусть функция   определена на промежутке   и дифференцируема в окрестности точки  ,тогда   или по теореме о связи бесконечно малых с пределами функций имеем  , где   - бесконечно малая величина при  . Отсюда:

.          ( 7.1)

Таким образом, приращение функции   состоит из двух слагаемых:

1)   - линейного относительно  , т.к.  ;

2)   - нелинейного относительно  , т.к.  .

Определение. Дифференциалом функции называется главная, линейная относительно   часть приращения функции, равная произведению производной на приращение независимой переменной:

.            ( 7.2)

Следовательно, с геометрической точки зрения дифференциал функции есть приращение ординаты касательной, проведенной к графику функции   в данной точке, когда   получает приращение  .

Связь между дифференцируемостью функции и ее непрерывностью

Пример. Доказать, что функция  y=│х│  недифференцируема в точке х=0 .

Решение. Производная функции (если она существует) равна

Очевидно, что при  х=0 производная не существует, так как отношение   , т.е. не имеет предела при  Δх→0 (ни конечного, ни бесконечного). Геометрически это означает отсутствие  касательной к кривой в точке  х=0.

Теорема. Если функция y=f(x) дифференцируема в точке х0,, то она в этой точке непрерывна.

□Доказательство.  По условия  функция y=f(x) дифференцируема в точке х0, т.е.  существует конечный предел

где  f′(x0) – постоянная величина, не зависящая от  .

Тогда на основании теоремы о связи бесконечно малых величин с пределами функций можно записать

где  α(∆х) является бесконечно малой величиной при   →0, или

.

При  Δх→0 на основании свойств бесконечно малых величин устанавливаем, что Δу→0 и, следовательно, по определению непрерывности функции в точке, делаем вывод, что функция непрерывна в токе х0. ■

Обратная теорема, вообще говоря, неверна, если функция непрерывна в данной точке, то она не обязательно дифференцируема  в этой точке. Так, функцияy=│х│ непрерывна в точке х0=0, ибо   но, как было доказано ранее недифференцируема в этой точке.

Таким образом, непрерывность функции – необходимое, но не достаточное условие ее дифференцируемости.

Замечание: Производная непрерывной функции не обязательно непрерывна. Если функция имеет непрерывную производную на некотором промежутке Х, то функция называется  гладкой на этом промежутке. Если же производная функция допускает конечное число точек разрыва, то такая функция на данном промежутке называется кусочно гладкой.