Чтобы найти производную функции ( f(x) ) в каждой точке её области определения ( D(f) ), воспользуемся определением производной. Производная функции ( f(x) ) в точке ( x ) определяется как предел:
[
f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{f(x+h) - f(x)}{h}
]
Рассмотрим каждую функцию по отдельности.
а) ( f(x) = \sqrt{x} - 2 )
Область определения: Функция ( f(x) = \sqrt{x} - 2 ) определена для ( x \geq 0 ), поскольку подкоренное выражение должно быть неотрицательным.
Производная:
Подставим функцию в определение производной:
[
f'(x) = \lim{h \to 0} \frac{\sqrt{x+h} - 2 - (\sqrt{x} - 2)}{h} = \lim{h \to 0} \frac{\sqrt{x+h} - \sqrt{x}}{h}
]
Умножим числитель и знаменатель на сопряжённое выражение (\sqrt{x+h} + \sqrt{x}) для избавления от иррациональности:
[
f'(x) = \lim{h \to 0} \frac{(\sqrt{x+h} - \sqrt{x})(\sqrt{x+h} + \sqrt{x})}{h(\sqrt{x+h} + \sqrt{x})} = \lim{h \to 0} \frac{(x+h) - x}{h(\sqrt{x+h} + \sqrt{x})}
]
Упростим:
[
f'(x) = \lim{h \to 0} \frac{h}{h(\sqrt{x+h} + \sqrt{x})} = \lim{h \to 0} \frac{1}{\sqrt{x+h} + \sqrt{x}}
]
Предел:
[
f'(x) = \frac{1}{2\sqrt{x}}
]
Таким образом, производная функции ( f(x) = \sqrt{x} - 2 ) равна ( f'(x) = \frac{1}{2\sqrt{x}} ) для ( x > 0 ).
б) ( f(x) = 4 - \frac{2}{x^2} )
Область определения: Функция ( f(x) = 4 - \frac{2}{x^2} ) определена для всех ( x \neq 0 ).
Производная:
Подставим функцию в определение производной:
[
f'(x) = \lim{h \to 0} \frac{\left(4 - \frac{2}{(x+h)^2}\right) - \left(4 - \frac{2}{x^2}\right)}{h} = \lim{h \to 0} \frac{-\frac{2}{(x+h)^2} + \frac{2}{x^2}}{h}
]
Приведём дроби к общему знаменателю:
[
f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{-2x^2 + 2(x+h)^2}{h(x^2(x+h)^2)}
]
Упростим числитель:
[
-2x^2 + 2(x^2 + 2xh + h^2) = 4xh + 2h^2
]
Подставим и упростим:
[
f'(x) = \lim{h \to 0} \frac{4xh + 2h^2}{hx^2(x^2 + 2xh + h^2)} = \lim{h \to 0} \frac{h(4x + 2h)}{hx^2(x^2 + 2xh + h^2)}
]
После сокращения на ( h ):
[
f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{4x + 2h}{x^2(x^2 + 2xh + h^2)}
]
Предел, устремляя ( h ) к нулю:
[
f'(x) = \frac{4x}{x^4} = -\frac{4}{x^3}
]
Таким образом, производная функции ( f(x) = 4 - \frac{2}{x^2} ) равна ( f'(x) = \frac{4}{x^3} ) для ( x \neq 0 ).