Przejdź do treści
PL - Język: Polski
MatematykaLiceum i technikumŚrednie

Pochodna iloczynu i funkcji złożonej

Oblicz pochodną funkcji

f(x)=xx2+9f(x) = x\sqrt{x^2 + 9}

oraz jej wartość w punkcie x0=4x_0 = 4.

Wskazówkapokaż

Funkcja jest iloczynem xx i x2+9\sqrt{x^2 + 9}, więc zacznij od wzoru na pochodną iloczynu. Drugi czynnik to funkcja złożona: na zewnątrz jest pierwiastek, w środku x2+9x^2 + 9.

Rozwiązanienajpierw spróbuj samodzielnie

Krok 1. Ustalamy dziedzinę i budowę funkcji

Wyrażenie pod pierwiastkiem jest zawsze dodatnie: x2+9≥9>0x^2 + 9 \geq 9 > 0. Funkcja jest więc określona i różniczkowalna dla każdej liczby rzeczywistej, D=RD = \mathbb{R}. Zapisujemy ją jako iloczyn dwóch czynników:

u(x)=xv(x)=x2+9\begin{aligned} u(x) &= x \\ v(x) &= \sqrt{x^2 + 9} \end{aligned}

Krok 2. Liczymy pochodną pierwszego czynnika

Pochodna xx to 11:

u′(x)=1u'(x) = 1

Krok 3. Liczymy pochodną drugiego czynnika

Czynnik vv to funkcja złożona. Funkcja zewnętrzna to pierwiastek, a jego pochodna to 12t\frac{1}{2\sqrt{t}}. Funkcja wewnętrzna to t=x2+9t = x^2 + 9, a jej pochodna to 2x2x. Mnożymy pochodną zewnętrznej (z nietkniętym środkiem) przez pochodną wewnętrznej:

v′(x)=12x2+9⋅2xv'(x) = \frac{1}{2\sqrt{x^2 + 9}} \cdot 2x

Skracamy 22:

v′(x)=xx2+9\boxed{v'(x) = \frac{x}{\sqrt{x^2 + 9}}}

Krok 4. Stosujemy wzór na pochodną iloczynu

Ze wzoru (u⋅v)′=u′⋅v+u⋅v′(u \cdot v)' = u' \cdot v + u \cdot v':

f′(x)=1⋅x2+9+x⋅xx2+9=x2+9+x2x2+9\begin{aligned} f'(x) &= 1 \cdot \sqrt{x^2 + 9} + x \cdot \frac{x}{\sqrt{x^2 + 9}} \\ &= \sqrt{x^2 + 9} + \frac{x^2}{\sqrt{x^2 + 9}} \end{aligned}

Krok 5. Sprowadzamy do wspólnego mianownika

Pierwszy składnik zapisujemy jako ułamek o mianowniku x2+9\sqrt{x^2 + 9}. Korzystamy z tego, że x2+9⋅x2+9=x2+9\sqrt{x^2 + 9} \cdot \sqrt{x^2 + 9} = x^2 + 9:

x2+9=x2+9x2+9\sqrt{x^2 + 9} = \frac{x^2 + 9}{\sqrt{x^2 + 9}}

Dodajemy liczniki:

f′(x)=x2+9+x2x2+9=2x2+9x2+9\begin{aligned} f'(x) &= \frac{x^2 + 9 + x^2}{\sqrt{x^2 + 9}} \\ &= \frac{2x^2 + 9}{\sqrt{x^2 + 9}} \end{aligned}

Krok 6. Liczymy wartość pochodnej w punkcie 4

Najpierw liczymy pierwiastek w mianowniku:

42+9=25=5\sqrt{4^2 + 9} = \sqrt{25} = 5

Potem licznik:

2⋅42+9=32+9=412 \cdot 4^2 + 9 = 32 + 9 = 41

Zatem:

f′(4)=415=8,2f'(4) = \frac{41}{5} = 8{,}2

Odpowiedź

f′(x)=2x2+9x2+9\boxed{f'(x) = \frac{2x^2 + 9}{\sqrt{x^2 + 9}}}
f′(4)=415=8,2\boxed{f'(4) = \frac{41}{5} = 8{,}2}

Pochodna funkcji ff w punkcie 44 wynosi 8,28{,}2, czyli styczna do wykresu w punkcie (4,20)(4, 20) ma współczynnik kierunkowy 8,28{,}2.

Teoria do tego zadaniaKurs: Pochodne od podstaw

Źródła

Fakty na tej stronie sprawdziliśmy w tych źródłach. Wszystkie można swobodnie wykorzystywać - mają otwartą licencję albo nie podlegają prawu autorskiemu.

  1. Open AGH e-podręczniki - I. Michalik, T. Zabawa, Pochodna funkcji jednej zmiennej rzeczywistej, moduł „Obliczanie pochodnej funkcji. Podstawowe wzory i twierdzenia” (twierdzenie o pochodnej iloczynu i twierdzenie o pochodnej funkcji złożonej) · CC BY-SA 4.0
  2. CKE - Wybrane wzory matematyczne na egzamin maturalny z matematyki (rozdział 16: pochodna iloczynu, pochodna funkcji złożonej, pochodna funkcji potęgowej, PDF) · dokument urzędowy
  3. Dziennik Ustaw 2024 poz. 1019 - podstawa programowa matematyki dla liceum i technikum, zakres rozszerzony, XIII.4 (pochodna funkcji potęgowej o wykładniku rzeczywistym, twierdzenia o pochodnej iloczynu i funkcji złożonej) · dokument urzędowy
  4. CKE - Informator o egzaminie maturalnym z matematyki jako przedmiotu dodatkowego (poziom rozszerzony) od roku szkolnego 2024/2025 (wymaganie XIII.4R, PDF) · dokument urzędowy
  5. Wikibooks - Analiza matematyczna/Rachunek różniczkowy (pochodna iloczynu i pochodna funkcji złożonej) · CC BY-SA 4.0
  6. Active Calculus (M. Boelkins) - 2.5 The chain rule (funkcja zewnętrzna i wewnętrzna, pochodna zewnętrznej razy pochodna wewnętrznej) · CC BY-SA 4.0

Więcej zadań: matematyka