Калькулятор производных с подробным решением

Найдите производную функции онлайн с подробным решением: правила дифференцирования по шагам, производные высших порядков, значение в точке и уравнение касательной, график функции и производной. Частные производные функции нескольких переменных, градиент, гессиан и полный дифференциал.

Производная функции одной переменной

Пишите как обычно: x^3, 2x, sin x, sin^2(x), tg, ctg, arcsin, arctg, ln, lg, e^x, sqrt(x) или √x, |x|, sh, ch. Умножение можно не ставить: 3x·sin2x = 3x sin(2x). Другие буквы (a, k, …) считаются постоянными.

Примеры:

Значение в точке—
f(x₀)—
Касательная в точке x₀—
Ответ текстом (можно вставить в другой калькулятор)

    

Решение по шагам

    Частные производные, градиент и гессиан

    До шести переменных. Точку можно не указывать — тогда покажутся только формулы.

    Первые частные производные

    Градиент в точке—
    Длина градиента |∇f|—скорость наибольшего роста функции
    Значение функции—

    Вторые производные (матрица Гессе)

    Рекламный блок «после калькулятора» (ads/after-calc.html)

    Что такое производная

    Производная функции f(x) в точке x₀ — это предел отношения приращения функции к приращению аргумента:

    f′(x0) = limΔx→0 f(x0 + Δx) − f(x0)Δx

    Геометрически это угловой коэффициент касательной к графику, физически — мгновенная скорость изменения величины. Уравнение касательной: y = f(x₀) + f′(x₀)·(x − x₀).

    Правила дифференцирования

    ПравилоФормула
    Постоянный множитель(c·u)′ = c·u′
    Сумма и разность(u ± v)′ = u′ ± v′
    Произведение(uv)′ = u′v + uv′
    Частное(u/v)′ = (u′v − uv′)/v2
    Сложная функция(f(u))′ = f′(u)·u′
    Степенно-показательная функция(uv)′ = uv·(v′ ln u + vu′/u)

    Производные основных элементарных функций собраны в таблице производных.

    Рекламный блок «внутри статьи» (ads/in-article.html)

    Как калькулятор находит производную

    Выражение разбирается в дерево операций, и к каждому узлу применяется соответствующее правило: для суммы — сумма производных, для произведения — правило Лейбница, для функции от функции — цепное правило. Затем результат упрощается: приводятся подобные слагаемые, сокращаются степени, а дроби, если это короче, приводятся к общему знаменателю. Все вычисления выполняются точно, с обыкновенными дробями, а не с десятичными приближениями.

    Пример

    Найдём производную f(x) = x²·sin x. По правилу произведения: (x²)′·sin x + x²·(sin x)′ = 2x·sin x + x²·cos x. В точке x₀ = 1: f′(1) = 2 sin 1 + cos 1 ≈ 2,2232, а касательная — y ≈ 0,8415 + 2,2232·(x − 1).

    Частные производные и градиент

    Для функции нескольких переменных частная производная по x считается так же, как обычная, а остальные переменные считаются постоянными. Вектор из всех первых частных производных — градиент ∇f — указывает направление наибольшего роста функции, а его длина равна скорости этого роста. Полный дифференциал: df = f′ₓ dx + f′ᵧ dy + …

    Матрица вторых производных (гессиан) нужна для исследования экстремумов: если в точке градиент равен нулю, а гессиан положительно определён — это минимум, отрицательно определён — максимум, знаконеопределён — седловая точка. Для функции двух переменных достаточно знака определителя: при det H > 0 и f″ₓₓ > 0 — минимум, при det H > 0 и f″ₓₓ < 0 — максимум, при det H < 0 — седло.

    Пример: f(x, y) = x²y + sin(xy). Тогда f′ₓ = 2xy + y·cos(xy), f′ᵧ = x² + x·cos(xy). В точке (1; 2): f′ₓ = 4 + 2 cos 2 ≈ 3,1677, f′ᵧ = 1 + cos 2 ≈ 0,5839.

    Частые вопросы

    Почему ответ выглядит иначе, чем в учебнике?

    Одну и ту же функцию можно записать по-разному: например, cos x/sin x — это ctg x, а 1/cos²x — это 1 + tg²x. Чтобы проверить совпадение, сравните значения в нескольких точках — калькулятор показывает значение производной в точке x₀.

    Как ввести логарифм по основанию?

    ln x — натуральный логарифм, lg x — десятичный, log(a, x) — логарифм x по основанию a. Запись log(x) без основания калькулятор понимает как натуральный логарифм.

    Что значит x^(1/3) и почему корень из отрицательного числа считается?

    Корень нечётной степени из отрицательного числа определён: ∛(−8) = −2. Поэтому x^(1/3) и cbrt(x) вычисляются и при x < 0, а √x — только при x ≥ 0.

    Рекламный блок «внизу страницы» (ads/bottom.html)