49
differensiallanuvchi va
boʻlsa, u holda
mavjud boʻlib quyidagicha
aniqlanadi:
.
Masalan,
3
cos ,
x a
t
3
sin ,
y b
t
funksiya uchun
hosila quyidagicha
hisoblanadi:
.
Oshkormas
funksiyada
hosilani topish uchun
tenglamadan
hosila topib olinadi.
Masalan,
funksiyadan
hosilani topish quyidagicha
amalga oshiriladi:
funksiyaning yuqori tartibli hosilasi quyidagicha amalga oshiriladi:
, ,
….
Bu yerda ham yuqoridagi qoidalar oʻrinli. Yuqori tartibli differensiallar
quyidagicha aniqlanadi:
– ikkinchi tartibli differensial;
– uchinchi tartibli differensial;
……………………………………………
– n-tartibli differensial.
Oʻz-oʻzini tеkshirish uchun sаvоllаr
1. Funksiya hosilasini ta’riflang.
2. Hosilaning iqtisodiy ma’nosi tushuntiring.
3. Yig‘indi va ayirmaning hosilasi qanday topiladi?
4. Koʻpaytmaning hosilasi qanday topiladi?
5. Boʻlinmaning hosilasi qanday topiladi?
6. Teskari funksiyaning hosilasi qanday topiladi?
7. Talab egiluvchanligini hisoblash formulasini keltiring.
8. Talabning aholi daromadiga nisbatan egiluvchanligini ta’riflang va topish
formulasini yozing.
9. Marjinal daromad qanday ma’noga ega?
( ) 0
t
x
y
t
x
t
t
y
y
x
t
x
y
2
2
3 sin cos
,
,
3 cos sin
2
t
x
t
y
b
t
t
b
k
y
tgt t
k Z
x
a
t
t
a
( , ) 0
F x y
x
y
( , )
0
( , )
( , )
0
x
y
x
x
F x y
F x y
F x y y
x
y
0
arctgy y x
x
y
2
2
1 0
1
.
1
f x
f x
y
f x
y
y
( )
y
f x
2
2
( )
d y
dy dy
y
y
dx
dx dx
3
2
3
2
( )
d y
dy d y
y
y
dx
dx dx
dy
d
y
d
2
y
d
d
y
d
2
3
y
d
d
y
d
n
n
1
50
10. Marjinal xarajat ishlab chiqarish hajmiga bog‘liq ravishda qanday
funksiyaning oʻzgarish tezligini ifodalaydi?
11. Marjinal foyda qanday ma’noga ega?
25-mavzu. Differensiallanuvchi funksiyalar va ular uchun
asosiy teoremalar
Reja:
25.1. Ferma teoremasi.
25.2. Roll teoremasi.
25.3. Lagranj teoremasi.
25.4. Koshi teoremasi.
25.5. Darbu teoremasi.
Tаyanch soʻz va ibоrаlаr:
diffеrеnsiаllаnuvchi funksiya uchun oʻrtа
qiymаt, Ferma teoremasi, Roll teoremasi, Lagranj teoremasi, Koshi teoremasi,
Darbu teoremasi.
Biz quyida amaliy masalarni yechishda zarur boʻladigan differensiallanuvchi
funksiyalar haqidagi ba’zi teoremalarni keltiramiz.
Differensiallanuvchi funksiyalar oʻziga xos ahamiyatga ega, chunki koʻpgina
tatbiqiy masalalarni yechish hosilasi mavjud funksiyalarni oʻrganishga keltiriladi.
Bunday funksiyalar ba’zi bir umumiy xossalarga ega. Bu xossalar ichida oʻrta
qiymat haqidagi teoremalar nomi bilan birlashgan teoremalar alohida ahamiyatga
ega. Ushbu teoremalar [a;b] kesmada oʻrganilayotgan funksiya uchun u yoki bu
xossaga ega boʻlgan [a;b] kesmaga tegishli c nuqtaning mavjudligini ta’kidlaydi.
1-teorema (Ferma teoremasi).
Agar f(x) funksiya (a,b) oraliqda aniqlangan va
biror ichki c nuqtada eng katta (eng kichik) qiymatga erishsa va shu nuqtada chekli
f’(c) hosila mavjud boʻlsa, u holda f’(c)=0 boʻladi.
Isboti
. f(c) funksiyaning eng katta qiymati boʻlsin, ya’ni
x(a;b) da f(x) ≤
f(c) tengsizlik oʻrinli boʻlsin. Shartga koʻra bu c nuqtada chekli f’(c) hosila
mavjud. Ravshanki,
c
x
c
f
x
f
lim
c
x
c
f
x
f
lim
c
x
c
f
x
f
lim
)
c
(
'
f
c
x
c
x
c
x
0
0
51
Ammo x
0
0
)
c
(
'
f
c
x
c
f
x
f
va x>c boʻlganda
0
0
)
c
(
'
f
c
x
c
f
x
f
boʻlishidan f’(c)=0 ekani kelib chiqadi.
Eng kichik qiymat holi shunga oʻxshash isbotlanadi.
Ferma teoremasi sodda geometrik ma’noga ega. U f(x) funksiya grafigiga
(c;f(c)) nuqtada oʻtkazilgan urinmaning Ox oʻqiga paralell boʻlishini ifodalaydi (1-
rasm).
1-eslatma.
Ichki c nuqtada f’(c)=0 boʻlsa ham bu nuqtada f(x) funksiya eng
katta (eng kichik) qiymatni qabul qilmasligi mumkin. Masalan, f(x)=2x
3
-1, x
(-
1;1) da berilgan boʻlsin. Bu funksiya uchun f’(0)=0 boʻladi, lekin f(0)=-1
funksiyaning (-1;1) dagi eng katta yoki eng kichik qiymati boʻlmaydi.
2-teorema
(Roll teoremasi). Agar f(x) funksiya [a;b] kesmada aniqlangan boʻlib,
quyidagi
1) [a;b] da uzluksiz;
2) (a;b) da differensiallanuvchi;
3) f(a)= f(b)
shartlarni qanoatlantirsa, u holda f’(c)=0 boʻladigan kamida bitta c (amavjud boʻladi.
Isbot
. Ma’lumki, agar f(x) funksiya [a;b] kesmada uzluksiz boʻlsa, u holda
funksiya shu kesmada oʻzining eng katta M va eng kichik m qiymatlariga erishadi.
Qaralayotgan f(x) funksiya uchun ikki hol boʻlishi mumkin.
1. M=m, bu holda [a,b] kesmada f(x)=const va f’(x)=0 boʻladi. Ravshanki,
f’(c)=0 tenglamani qanoatlantiradigan nuqta sifatida
s(a;b) ni olish mumkin.
2. M>m, bu holda teoremaning f(a)=f(b) shartidan funksiya M yoki m
qiymatlaridan kamida birini [a,b] kesmaning ichki nuqtasida qabul qilishi kelib
chiqadi. Aniqlik uchun f(c)=m boʻlsin. Eng kichik qiymatning ta’rifiga koʻra
x[a,b] uchun f(x) f(c) tengsizlik oʻrinli boʻladi.
Endi f’(c)=0 ekanligini koʻrsatamiz. Teoremaning ikkinchi shartiga koʻra
f(x) funksiya (a;b) intervalning har bir x nuqtasida chekli hosilaga ega. Bu shart,
52
xususan c nuqta uchun ham oʻrinli. Demak, Ferma teoremasi shartlari bajariladi.
Bundan f’(c)=0 ekanligi kelib chiqadi.
f(c)=M
boʻlgan holda teorema yuqoridagi kabi isbotlanadi.
Roll teoremasiga quyidagicha geometrik talqin berish mumkin (2-rasm).
Agar [a,b] kesmada uzluksiz, (a,b) intervalda differensiallanuvchi f(x)
funksiya kesma uchlarida teng qiymatlar qabul qilsa, u holda f(x) funksiya
grafigida abssissasi x=c boʻlgan shunday C nuqta topiladiki, shu nuqtada funksiya
grafigiga oʻtkazilgan urinma abssissalar oʻqiga parallel boʻladi.
2-eslatma
. Roll teoremasining shartlari yetarli boʻlib, zaruriy shart emas.
Masalan, 1) f(x)=x
3
, x
[-1:1] funksiya uchun teoremaning 3-sharti bajarilmaydi.
(f(-1)=-1
1=f(1)), lekin f’(0)=0 boʻladi.
2)
, agar 0
1,
( )
0, agar 1
2,
2, agar
2
x
х
f x
x
x
funksiya uchun Roll teoremasining barcha
shartlari bajarilmaydi, lekin (1;2) intervalning ixtiyoriy nuqtasida f’(x)=0 boʻladi.
3-teorema
(Lagranj teoremasi). Agar f(x) funksiya [a,b] kesmada uzluksiz va (a,b)
da chekli f’(x) hosila mavjud boʻlsa, u holda (a,b) da kamida bitta shunday c
nuqta mavjud boʻlib,
)
c
(
'
f
a
b
)
a
(
f
)
b
(
f
(1)
tenglik oʻrinli boʻladi.
Isbot
. Quyidagi yordamchi funksiyani tuzib olamiz:
( )
( )
( )
( )
( )
f b
f a
x
f x
f a
x a
b a
Bu ( )
x
funksiyani [a,b] kesmada uzluksiz va (a,b) da hosilaga ega boʻlgan f(x)
va x funksiyalarning chiziqli kombinatsiyasi sifatida qarash mumkin. Bundan
( )
x
funksiyaning [a,b] kesmada uzluksiz va (a,b) da hosilaga ega ekanligi kelib
chiqadi. Shuningdek
53
( )
( ) 0
a
b
,
demak, ( )
x
funksiya Roll teoremasining barcha shartlarini qanoatlantiradi.
Roll teoremasiga koʻra (a,b) intervalda kamida bitta shunday c nuqta mavjud
boʻladiki,
( )
c
=0 boʻladi. Shunday qilib,
( )
( )
'( )
'( )
0
f b
f a
x
f x
b a
va bundan esa isbot qilinishi kerak boʻlgan (1) formula kelib chiqadi. Teorema
isbot boʻldi.
(1) formulani ba’zida Lagranj formulasi deb ham yuritiladi. Bu formula
f(b)-f(a)=f’(c)(b-a) (2)
koʻrinishda ham yoziladi.
Endi Lagranj teoremasining geometrik ma’nosiga toʻxtalamiz. f(x) funksiya
Lagranj teoremasining shartlarini qanoatlantirsin deylik (3-rasm). Funksiya
grafigining A(a;f(a)), B(b;f(b)) nuqtalar orqali kesuvchi oʻtkazamiz, uning
burchak koeffisiyenti
а
b
)
a
(
f
)
b
(
f
АС
ВС
tg
boʻladi.
Hosilaning geometrik ma’nosiga binoan f’(c) – bu f(x) funksiya grafigiga
uning (c;f(c)) nuqtasida oʻtkazilgan urinmaning burchak koeffisiyenti: tg
=f’(c)
Demak, (1) formula (a,b) intervalda kamida bitta shunday c nuqta mavjudligini
koʻrsatadiki, f(x) funksiya grafigiga (c;f(c)) nuqtada oʻtkazilgan urinma AB
kesuvchiga paralell boʻladi.
Isbot qilingan (1) formulani boshqacha koʻrinishda ham yozish mumkin.
Buning uchun ac a
b a
belgilash kiritamiz, u
holda c=a+(b-a)
, 0<<1 boʻlishi ravshan. Natijada (1) formula ushbu
f(b) - f(a) = f’(a+
(b-a))(b-a)
koʻrinishga keladi.
54
Agar (1) formulada a=x
0
; b=x
0
+
x almashtirishlar bajarsak, u
f(x
0
+
x)-f(x
0
)=f’(c)
x (3)
bu yerda x
0
0
+
x, koʻrinishga keladi. Bu formula argument orttirmasi bilan
funksiya orttirmasini bog‘laydi, shu sababli (3) formula chekli orttirmalar
formulasi deb ataladi.
Agar (1) Lagranj formulasida f(a)=f(b) deb olsak, Roll teoremasi kelib
chiqadi, ya’ni Roll teoremasi Lagranj teoremasining xususiy holi ekan.
1-misol.
Ushbu [0,2] kesmada f(x)=4x
3
-5x
2
+x-2 funksiya uchun Lagranj
formulasidagi c ning qiymatini toping.
Yechish.
Funksiyaning kesma uchlaridagi qiymatlarini va hosilasini
hisoblaymiz: f(0)=-2; f(2)=12; f’(x)=12x
2
-10x+1. Olingan natijalarni Lagranj
formulasiga qoʻyamiz, natijada
12-(-2)=( 12c
2
-10c+1)(2-0) yoki 6c
2
-5c-3=0
kvadrat tenglamani hosil qilamiz. Bu tenglamani yechamiz: c
1,2
=
12
97
5
.
Topilgan ildizlardan faqat
12
97
5
qaralayotgan kesmaga tegishli. Demak, c=
12
97
5
ekan.
Lagranj teoremasi oʻz navbatida quyidagi teoremaning xususiy holi boʻladi.
4-teorema (Koshi teoremasi).
Agar [a,b] kesmada f(x) va g(x) berilgan boʻlib,
1) [a,b] da uzluksiz;
2) (a,b) intervalda f’(x) va g‘(x) mavjud, hamda g‘(x)
0 boʻlsa, u holda hech
boʻlmaganda bitta shunday c (a)
c
(
'
g
)
c
(
'
f
)
a
(
g
)
b
(
g
)
a
(
f
)
b
(
f
(4)
tenglik oʻrinli boʻladi.
Isbot.
Ravshanki, (4) tenglik ma’noga ega boʻlishi uchun g(b)
g(a) boʻlishi
kerak. Bu esa teoremadagi g‘(x)
0, x(a;b) shartdan kelib chiqadi. Haqiqatdan
ham, agar g(a)=g(b) boʻlsa, u holda g(x) funksiya Roll teoremasining barcha
shartlarini qanoatlantirib, biror c
(a;b) nuqtada g‘(c)=0 boʻlar edi. Bu esa
x(a;b) da g‘(x)0 shartga ziddir. Demak, g(b)g(a).
Endi yordamchi
)
a
(
g
)
x
(
g
)
a
(
g
)
b
(
g
)
a
(
f
)
b
(
f
)
a
(
f
)
x
(
f
)
x
(
Ф
55
funksiyani tuzaylik.
Shartga
koʻra f(x) va g(x) funksiyalar [a,b] da uzluksiz va (a,b) intervalda
differensiyalanuvchi boʻlgani uchun F(x) birinchidan [a,b] kesmada uzluksiz
funksiyalarning chiziqli kombinatsiyasi sifatida uzluksiz, ikkinchidan (a,b)
intervalda
)
x
(
'
g
)
a
(
g
)
b
(
g
)
a
(
)
b
(
f
x
f
)
x
(
'
Ф
hosilaga ega.
Soʻngra F(x) funksiyaning x=a va x=b nuqtalardagi qiymatlarini
hisoblaymiz: F(a)
F(b)0. Demak, F(x) funksiya [a,b] kesmada Roll
teoremasiinng barcha shartlarini qanoailantiradi. Shuning uchun hech boʻlmaganda
bitta shunday c (a0 boʻladi. Shunday qilib,
)
c
(
'
g
)
a
(
g
)
b
(
g
)
a
(
f
)
b
(
f
)
c
(
'
f
)
c
(
'
Ф
0
va bundan (4) tenglikning oʻrinli ekani kelib chiqadi. Isbot tugadi.
Isbotlangan (4) tenglik Koshi formulasi deb ham ataladi.
Endi Koshi teoremasining geometrik ma’nosini aniqlaymiz. Aytaylik x=
(t),
y=f(t), a
tb tekislikdagi chiziqning parametrik tenglamasi boʻlsin. Shuningdek
chiziqda t=a ga mos keluvchi nuqtani A(
(a),f(a)), t=b ga mos keluvchi nuqtani
B(
(b),f(b)) kabi belgilaylik. (4-rasm).
U holda (4) formulaning chap qismi AB vatarning burchak koeffisiyentini,
oʻng tomoni esa egri chiziqqa parametrning t=c qiymatiga mos keladigan nuqtasida
oʻtkazilgan urinmaning burchak koeffisiyentini anglatadi. Demak, Koshi formulasi
AB yoyning AB vatarga parallel boʻlgan urinmasining mavjudligini ta’kidlaydi
ekan.
2-misol.
Ushbu f(x)=x
2
va
(x)=
x
funksiyalar uchun [0,4] kesmada Koshi
formulasini yozing va s ni toping.
56
Yechish.
Berilgan funksiyalarning kesma uchlaridagi qiymatlari va
hosilalarini topamiz: f(0)=0, f(4)=16,
(0)=0, (4)=2; f’(x)=2x, ’(x)=
x
2
1
.
Bulardan foydalanib Koshi formulasini yozamiz:
с
с
2
1
2
0
2
0
16
, bundan 4s с =8 yoki s с =2. Demak s=
3
4
.
5-teorema (Darbu teoremasi).
Agar f(x) funksiya biror oraliqda
( )
f x
hosilaga
ega boʻlib, shu oraliqqa tegishli boʻlgan x=a, x=b nuqtalarda
( )
( )
f a
A B
f b
boʻlsa, u holda bu oraliqda
( )
f x
funksiya A va B sonlar orasidagi barcha
qiymatlarni qabul qiladi, ya’ni A va B sonlar orasidan olingan har qanday C soni
uchun (a,b) intervalga tegishli boʻlgan kamida bitta c nuqta topilib,
( )
f c
C
boʻladi.
Isbot.
Avval teoremaning maxsus holini – A va B har xil ishorali boʻlgan
holini isbotlaymiz. Aniqlik uchun A>0, B<0 boʻlsin. U holda (a,b) intervalga
tegishli boʻlgan kamida bitta c nuqta topilib,
( ) 0
f c
boʻlishini isbotlashimiz
lozim.
Teorema shartiga koʻra f(x) funksiya [a;b] kesmada hosilaga ega, demak bu
kesmada uzluksiz. U holda Veyershtrass teoremasiga koʻra f(x) funksiya [a;b]
kesmaning kamida bitta c nuqtasida eng katta qiymatiga erishadi. Bu nuqta a
nuqtadan ham, b nuqtadan ham farqli. Haqiqatan ham,
0
(
)
( )
( ) lim
0
x
f a
x
f a
A
f a
x
boʻlganligi sababli, argument orttirmasi absolyut qiymat jihatdan yetarlicha kichik
boʻlganda
(
)
( )
0
f a
x
f a
x
tengsizlik oʻrinli boʻladi. Bundan
0
x
boʻlganda f(a+
x)-f(a)>0 yoki f(a+x)>f(a) munosabat oʻrinli. Demak, f(a)
qiymat f(x) funksiya [a;b] kesmadagi eng katta qiymati boʻla olmaydi. Shunday
qilib, a
c.
Huddi shunga oʻxshash,
0
(
)
( )
( ) lim
0
x
f b
x
f b
B
f b
x
munosabatdan foydalanib, c
b ekanligi isbotlanadi.
Demak, a( ) 0
f c
boʻladi.
57
Endi teoremani umumiy holda isbotlaymiz. Aytaylik A va B biri
ikkinchisiga teng boʻlmagan sonlar boʻlsin. Aniqlik uchun A>B deb olamiz.
A>C>B shartni qanoatlantiruvchi ixtiyoriy C sonni tayinlab olamiz va ushbu
( )
( )
F x
f x
Cx
yordamchi funksiyani tuzamiz. F(x) funksiya ham f(x) funksiya
kabi [a;b] kesmada hosilaga ega:
( )
( )
F x
f x
C
. Shu hosilaning [a;b] kesma
uchlaridagi qiymatlarini hisoblaymiz:
( )
( )
0
F a
f a
C
A C
;
( )
( )
0
F b
f b
C B C
.
Demak,
( )
F x
hosila [a;b] kesma uchlarida turli ishorali qiymatlar qabul qiladi. U
holda yuqorida isbotlaganimizga koʻra kamida bitta c (a ( ) 0
F c
, ya’ni
'( )
0
f c
C
boʻladi. Bundan
( )
f c
C
kelib chiqadi. Teorema
isbot boʻldi.
0>1> Do'stlaringiz bilan baham: |