可微分

可微分的意思是 导数 存在……

例子:x2 + 6x 是不是可微分的

导数法则 告诉我们 x2 的导数是 2x,x 的导数是 1,所以:

导数是 2x + 6

是的! x2 + 6x 是可微分的。

……并且,导数要存在于函数的 定义域 里的每一个值。

定义域

定义域最简单的意思就是
所有可以代入函数的值

定义域和值域

例子(续)

若没有特别声明,我们假设定义域是所有 实数

对于 x2 + 6x,它的导数 2x + 6 存在于所有实数上。

所以:x2 + 6x 是可微分的。

可是,来看看这个:

例子:f(x) = |x| (绝对值 函数):

|x| 的图像这样:   绝对值函数

x=0 有一个很尖锐的改变!

在 x=0,导数存在吗?

检测

我们可以用任何一个值 "c" 来测试,看看 极限 存在与否:

lim
h→0
f(c+h) − f(c)
h

 

例子(续)

我们来计算 |x| 在 0 的极限:

lim
h→0
|0+h| − |0|   =   lim
h→0
|h| − 0   =   lim
h→0
|h|
h h h

 

极限不存在

 

为什么不存在?我们来看左边和右边的极限:

左边:   右边:
lim
h→0
|h|   =  −1
h
 
lim
h→0+
|h|   =  +1
h

两边的极限不相同,所以极限不存在。

 

所以函数 f(x) = |x| 是不可微分的

你可以这样想:

当我们把图无穷放大,函数会不会越来越像条直线?

可微分(放大是直线)与不可微分(放大后是尖的)

绝对值函数在无穷放大后还是尖锐的。

其他原因

我们来多看几个例子:

取整函数  

下取整和上取整函数 在整数是不可微分的,因为在整数值之间是不连续的,但函数对非整数是可微分的。

 
x^(1/3) 坡度  

立方根函数 x(1/3)

它的导数是 (1/3)x-(2/3) (根据 幂次方法则

1/x 图

 

x=0 时,函数是未定义的,所以根本不可以问函数在那里是不是可微分的。

若函数是可微分的,它至少需要是已定义的!


sin (1/x) 图
 

趋近 x = 0 时,函数越来越快地上下急剧改变,所以并不"趋近"任何一个值。

所以这函数也是不可微分的。

 

不同定义域

可是,我们可以改变定义域!

正绝对值图

例子:函数 g(x) = |x| 在定义域 (0,+∞)

定义域是从(但不包括)0开始(所有正值)。

这个函数是可微分的。

而这也是"绝对正"确的 : )

因此,函数 g(x) = |x| 在定义域 (0,+∞) 内是可微分的。

我们也可以用其他的方法去限制定义域,从而避开 x=0 (例如所有负实数、所有非零实数等)。

 

为什么要这样做?

因为若一个函数是可微分的,我们便可以用微积分来处理它。

连续

若函数是可微分的,它也是 连续 的。

可微分 连续

但函数可以是 连续的而不是可微分的。例如绝对值函数在 x=0 是连续的。