Derivatan för en funktion

Teori

Exempel

Exempel: Blomkrukan

GeoGebraförklaring

Aktivitet

Uppgifter

Python

Fördjupning

Lär mer

[redigera]

Introduktion till derivatan

Load video

YouTube

YouTube might collect personal data. Privacy Policy

ContinueDismiss

Introduktion till derivatan

Utgångspunkt

Vi har sett sekantens och tangents funktion att visa lutningen, d v s förändringen.

Begrepp

Vi kommer använda begreppen sekant, tangent, ändringskvot och gränsvärde.

Sekanten och derivatans definition

Genom att utgå ifrån en sekant kan vi definiera derivatan. Sekanten skär grafen i två punkter [math]\displaystyle{ P }[/math] och [math]\displaystyle{ Q }[/math]. Om Avståndet mellan punkterna minskar kommer sekanten allt närmare tangenten. Titta på bilderna nedan så ser du vad som händer när avståndet mellan [math]\displaystyle{ P }[/math] och [math]\displaystyle{ Q }[/math] krymper.

Men för att vi ska kunna använda gränsvärden skriver vi [math]\displaystyle{ P }[/math] och [math]\displaystyle{ Q }[/math] som [math]\displaystyle{ P = (x, f(x)) }[/math] och [math]\displaystyle{ Q = (x + h, f(x + h)) }[/math].

I de tre figurerna nedan ser du hur Q närmar sig P, d v s [math]\displaystyle{ h }[/math] minskar. Det innebär att sekantens lutning blir mer och mer lik tangentens lutning.

Det här gäller för en godtycklig punkt [math]\displaystyle{ x }[/math] men låt oss se hur det förhåller sig i punkten [math]\displaystyle{ (a,f(a)) }[/math].

Derivatan är lutningen i en punk

Derivatan är tangentens lutning i (a, f(a))

Om en funktion f åskådliggörs av en graf y = f(x) så anger derivatan av f grafens lutning (förändring av y per förändring av x) för varje värde x. Derivatan i en punkt är således lika med riktningskoefficienten för kurvans tangent i den valda punkten [math]\displaystyle{ (x, f(x)). }[/math] Det vill säga [math]\displaystyle{ k = \frac{\Delta y}{\Delta x} }[/math]

Algebraisk beskrivning av derivatan

Load video

YouTube

YouTube might collect personal data. Privacy Policy

ContinueDismiss

Derivatans definition

Om du ska räkna ut lutningen i en punkt får du problem. [math]\displaystyle{ k = \frac{\Delta y}{\Delta x} = \frac{0}{0} }[/math] och det går ju inte. Här behövs formell matematik.

Nu utgår vi från en punkt [math]\displaystyle{ (a,f(a)) }[/math] och så kallar vid punkten som närmar sig för [math]\displaystyle{ (a+h,f(a+h)) }[/math]. När [math]\displaystyle{ h }[/math] krymper kommer den andra punkten att närma sig den första. Man säger att h går mot noll och det skrivs

[math]\displaystyle{ \lim_{h \to 0} }[/math]

Detta kan sammanfattas på matematisk form och kallas derivata.

Definition
Derivatan av funktionen [math]\displaystyle{ f }[/math] i punkten [math]\displaystyle{ a }[/math] definieras som gränsvärdet [math]\displaystyle{ f'(a)= \lim_{h \to 0} \frac{f(a+h) - f(a)}{h} }[/math]

Med denna form för att skriv derivatans definition kan man sätta in polynom och andra funktioner i definitionen, förenkla det rationella uttrycket och förkorta bort h i nämnare så att det går att beräkna gränsvärdet. Mer om hur det går till ser du under nästa flik - Exempel.

Derivatan skriven med variabeln x

Sätt [math]\displaystyle{ a + h = x }[/math]. Det ger ett nytt sätt att skriva derivatans definition.

Definition
Derivatans definition om [math]\displaystyle{ a + h =x }[/math] Derivatans värde (lutningen k) i punkten där [math]\displaystyle{ x = a }[/math] skrivs: [math]\displaystyle{ f(a) = \lim_{x \to a} \frac{f(x) - f(a)}{x-a} }[/math] Detta är derivatan i punkten [math]\displaystyle{ (a, f(a)) }[/math]

Exempel

Derivatan i punkten [math]\displaystyle{ x=3 }[/math] Tänk dig en fix punkt på en kurva (3, F(3) och en rörlig punkt med koordinaterna (x, f(x)). Sekantlinjen genom de två punkterna har lutningen: [math]\displaystyle{ k = \frac{\Delta y}{\Delta x} = \frac{f(x) - f(3)}{x-3} }[/math] Låt sedan [math]\displaystyle{ x }[/math] minska så att [math]\displaystyle{ x }[/math] närmar sig 3. Då kommer f(x) att närma sig f(3) och linjen att tangera kurvan i punkten [math]\displaystyle{ (x,f(x)) }[/math]. Den linjen kallas för tangent. Tangentens lutningen i punkten där [math]\displaystyle{ x = 3 }[/math] skrivs: [math]\displaystyle{ k = \lim_{x \to 3} \frac{f(x) - f(3)}{x-3} }[/math]

Andra sätt att beteckna derivata

Man kan skriva derivatan på flera sätt

• Derivatan av [math]\displaystyle{ f(x) }[/math] skrivs [math]\displaystyle{ f'(x) }[/math]
• Derivatan av [math]\displaystyle{ y(x) }[/math] skrivs [math]\displaystyle{ y'(x) }[/math]
• Ibland ser man exempelvis D 3x² = 6x

[redigera]

Viktigt
Derivatans definition [math]\displaystyle{ f'(a) = \lim_{h \to 0} \frac{f(a+h) - f(a)}{h} }[/math]

Exempel 1

Använd derivatans definition.

Bestäm tangentens k-värde i punkten där x = 2 om f(x) = 3 x^2.

Exempel 2

Använd derivatans definition för att bestämma f'(4) om f(x) = 3 x + 5.

[redigera]

Nedan har vi skapat en Geogebra för funktionen [math]\displaystyle{ s(t) = 5 t^2. }[/math] I GeoGebra behöver du dock använda x i stället för t som variabel.

Det kan se ut så här:

[redigera]

Derivatans definition med glidare

[redigera]

Laborera med sekanten och derivatan

[redigera]

Det finns ett papper med sex uppgifter där du ska använda derivatans definition.

Efter att du är klar med dessa går du in i Kunskapsmatrisen.

[redigera]

Pythonprogrammering derivata 1

Du kan ta fram ett beräknat, approximativt värde för derivatan i en punkt med hjälp av ett program.

Pythonprogrammering derivata alternativ 2

[redigera]

Gissa derivatans utseende

Du kan skissa derivatans utseende genom att uppskatta funktionens lutning i grafen (alltså utan att känna till funktionen algeriskt).

Av Jonas Hall

Andra varianter på derivatans definition

Man kan definiera derivata på lite olika sätt. Här följer en geogebra fil där du kan flytta punkten A som du deriverar kring. Du kan också flytta två närliggande punkter. Om du vill ändra funktionen f måste du ladda ner filen härifrån [1]. Du flyttar A med slidern a. Avståndet (h eller delta h) till A för punkterna B och C med slidrers b och c. Linjen e motsvarar höger derivatan i punkten A när avståndet |C-A| går mot noll. På samma sätt motsvarar linjen d vänster derivatan då |B-A| går mot noll. Till slut är linjen g en variant av en sekant definition av derivata om |B-C| går mot 0.

[redigera]