Задания № 8, 9 · ЕГЭ

Производная функции

Определение производной, её геометрический смысл и основные правила вычисления
6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Производная функции показывает, с какой скоростью изменяется значение функции в данной точке. Она нужна для нахождения углового коэффициента касательной, промежутков возрастания и убывания, а также решения экзаменационных задач на исследование функции.

Определение производной

Пусть функция \(y=f(x)\) определена в некоторой окрестности точки \(x_0\). Придадим аргументу приращение \(\Delta x\) и рассмотрим приращение функции \(\Delta y=f(x_0+\Delta x)-f(x_0)\). Отношение \(\frac{\Delta y}{\Delta x}\) называется средняя скорость изменения функции на отрезке.

D
Производная в точке

Производной функции \(f(x)\) в точке \(x_0\) называется предел отношения приращения функции к приращению аргумента, если этот предел существует и конечен.

\[f'(x_0)=\lim_{\Delta x\to 0}\frac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}\]1

Производную обозначают \(f'(x)\), \(y'\) или \(\frac{dy}{dx}\). Если производная существует в каждой точке промежутка, говорят, что функция дифференцируема на этом промежутке. Производная в точке может быть равна нулю, положительна или отрицательна.

T
Необходимое условие дифференцируемости

Если функция дифференцируема в точке, то она непрерывна в этой точке. Обратное утверждение неверно: непрерывная функция не обязана иметь производную. Например, график \(y=|x|\) непрерывен при \(x=0\), но в этой точке нет единой касательной.

Геометрический смысл производной

Рассмотрим график функции и две его точки: \(A(x_0,f(x_0))\) и \(B(x_0+\Delta x,f(x_0+\Delta x))\). Прямая \(AB\) называется секущей. Её угловой коэффициент равен \(\frac{\Delta y}{\Delta x}\). При приближении точки \(B\) к точке \(A\) секущая стремится к касательной.

ABxy
Секущая AB при приближении точки B к A стремится к касательной.
\[f'(x_0)=k_{\text{касательной}}=\tan\alpha\]2

Таким образом, значение производной в точке равно угловому коэффициенту касательной к графику функции в этой точке. Подробно связь производной с касательной разобрана на странице углового коэффициента касательной, а общий геометрический смысл производной помогает интерпретировать знак производной.

T
Знак производной и монотонность

Если \(f'(x)>0\) на промежутке, функция возрастает на этом промежутке. Если \(f'(x)<0\), функция убывает. Условие \(f'(x)=0\) в одной точке само по себе ещё не доказывает наличие максимума или минимума.

Правила вычисления производных

В большинстве задач производную находят не по пределу, а с помощью таблицы элементарных производных и правил дифференцирования. Таблицу основных функций удобно изучить на странице таблицы производных элементарных функций.

\[(C)'=0,\qquad (x)'=1,\qquad (x^n)'=n x^{n-1}\]3
\[(u+v)'=u'+v',\qquad (u-v)'=u'-v'\]4
\[(Cu)'=Cu'\]5
\[(uv)'=u'v+uv'\]6
\[\left(\frac{u}{v}\right)'=\frac{u'v-uv'}{v^2},\quad v\ne0\]7
\[(f(g(x)))'=f'(g(x))\cdot g'(x)\]8

Последняя формула называется правилом производной сложной функции: сначала дифференцируют внешнюю функцию, оставляя внутреннее выражение без изменения, затем умножают результат на производную внутреннего выражения. Производная степенной функции разобрана отдельно на странице производной степенной функции. Для показательных, логарифмических и тригонометрических выражений применяют специальные таблицы: производная показательной функции, производная логарифма, производные тригонометрических функций.

Проверь себя

Чему равна производная функции \(y=(3x-1)^5\)?

Разобранный пример: производная и касательная

Найдём угловой коэффициент касательной к графику \(y=x^3-3x^2+2\) в точке с абсциссой \(x_0=2\), а затем составим уравнение касательной.

1
Дифференцируем каждый член многочлена по правилу суммы и правилу производной степени.
\(\displaystyle y'=3x^2-6x\)
2
Подставляем абсциссу точки касания.
\(\displaystyle k=y'(2)=3\cdot2^2-6\cdot2=12-12=0\)
3
Находим ординату точки графика.
\(\displaystyle y_0=f(2)=2^3-3\cdot2^2+2=8-12+2=-2\)
4
Используем уравнение прямой через точку \((x_0,y_0)\) с угловым коэффициентом \(k\).
\(\displaystyle y-y_0=k(x-x_0)\)
5
Подставляем найденные значения.
\(\displaystyle y+2=0\cdot(x-2),\qquad y=-2\)
№
Ответ к примеру

Угловой коэффициент касательной равен \(0\), поэтому касательная горизонтальна: \(y=-2\). Точка касания — \((2;-2)\). Нулевое значение производной означает горизонтальность касательной, но для вывода о максимуме или минимуме нужно исследовать знак производной по обе стороны точки.

Как находить производную функции

  1. Упростите выражение: раскройте скобки, приведите подобные слагаемые, если это удобно.
  2. Определите структуру функции: сумма, произведение, частное или сложная функция.
  3. Выберите нужное правило и примените таблицу производных.
  4. Если требуется значение производной, подставьте координату только после дифференцирования.
  5. Проверьте область допустимых значений исходной функции и знаки в ответе.
!
Частые ошибки

1) При вычислении \((uv)'\) нельзя писать \(u'v'\). Правильно: \(u'v+uv'\). 2) В сложной функции нельзя забывать множитель \(g'(x)\). 3) Производная константы равна нулю, а не самой константе. 4) Для частного знаменатель возводится в квадрат. 5) Если спрашивают значение производной в точке, сначала находят формулу \(f'(x)\), затем подставляют \(x_0\).

Удобный приём

Сначала обозначьте внутреннюю функцию буквой, например \(u=2x^2+1\). Тогда \(y=\sin u\), \(y'=\cos u\cdot u'=4x\cos(2x^2+1)\). Такой способ уменьшает число ошибок в длинных выражениях.

Связанные понятия и дальнейшее исследование

Производная используется не только для построения касательной. С её помощью находят критические точки, исследуют экстремумы и решают задачи на наибольшее и наименьшее значение. Для более глубокого анализа применяют вторую производную. Приращение функции можно связать с дифференциалом функции, а в физических задачах производная описывает мгновенную скорость и другие скорости изменения величин: см. производную в физике.

Q
Быстрый тест по теме

Быстрая проверка

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · правила
Чему равна производная \(7x^4-3x+5\)?
Главное за минуту

Главное

  • Производная определяется пределом отношения приращения функции к приращению аргумента.
  • Геометрически производная — угловой коэффициент касательной к графику.
  • Основные правила: сумма, постоянный множитель, произведение, частное и сложная функция.
  • Для вычислений сначала определяют структуру выражения, затем применяют таблицу производных.
  • Знак производной связан с возрастанием и убыванием функции; равенство производной нулю требует дополнительного исследования.