97. Простейшие правила вычисления производных.
В предыдущих
мы вычислили производные для элементарных функций. Здесь и в следующем п° мы установим ряд простых правил, с помощью которых станет возможным вычисление производной для любой
функции, составленной из элементарных при посредстве конечного числа арифметических действий и суперпозиций [51].
I. Пусть функция
имеет (в определенной точке
производную и. Докажем, что и функция
также имеет производную (в той же точке), и вычислим ее.
Если независимая переменная х получит приращение
то функция и получит приращение
перейдя от исходного значения и к значению
Новое значение функции у будет
Отсюда
и
Итак, производная существует и равна
Эта формула выражает такое правило: постоянный множитель может быть вынесен за знак производной.
II. Пусть функции
имеют (в определенной точке) производные и,
Докажем, что функция
также имеет производную (в той же точке), и вычислим ее.
Придадим х приращение
тогда и,
и у получат, соответственно, приращения
Их новые значения и
связаны тем же соотношением:
Отсюда
и
так что производная у существует и равна
Этот результат легко может быть распространен на любое число слагаемых (и притом - тем же методом).
III. При тех же предположениях относительно функций и,
докажем, что функция
также имеет производную, и найдем ее.
Приращению
отвечают, как и выше, приращения
при этом
так что
и
Так как при
в силу 96, 2°, и
, то
т. e. существует производная
и равна
Если
причем и,
существуют, то
Легко сообразить, что для случая
сомножителей будем иметь аналогично:
Для того чтобы доказать это, воспользуемся методом математической индукции. Предположим, что формула (4) верна для некоторого числа
сомножителей, и установим ее справедливость для и
сомножителей:
если производную
развернуть по формуле (4), то придем к формуле
совершенно аналогичной (4). Так как в верности формулы (4) при
и 3 мы убедились непосредственно, то эта формула верна при любом
IV. Наконец, если и,
удовлетворяют прежним предположениям и, кроме того,
отлично от нуля, то мы докажем, что функция
также имеет производную, и найдем ее.
При тех же обозначениях, что и выше, имеем
так что
и
Устремляя здесь
к нулю (причем одновременно и
убеждаемся в существовании производной