1. Hosila tushunchasi. Hosilaning geometrik va mexanik ma’nosi. Murakkab va teskari funksiyaning hosilasi

Parametrik ko‘rinishda berilgan funksiya tushunchasi. Parametrik ko‘rinishda berilgan funksiyaning hosilasini topish.

Ko‘pincha x o‘zgaruvchining u funksiyasi bitta y=f(x) tenglama bilan berilmasdan, balki x va u lar parametr deb ataladigan uchinchi t o‘zgaruvchining funksiyalari sistemasi
(15)
orqali beriladi. Bu yerda t o‘zgaruvchi biror [a,b] kesmadan qiymat qabul qiladi. Bunday sistema orqali aniqlangan funksiya parametrik ko‘rinishda berilgan funksiya deyiladi.
Parametrik ko‘rinishda berilgan funksiyani x va y larni bog‘laydigan bitta formula orqali berish uchun (15) sistemada t parametrdan qutilish zarur. Buning uchun (15) sistemadagi tenglamalardan biridan, masalan, birinchi x=j(t) tenglamadan t ni x orqali ifodalaymiz, ya’ni t=j₁(x), (bu yerda t=j₁(x) funksiya x=j(t) funksiyaga nisbatan teskari funksiya) va uni y=y(t) ifodaga qo‘yamiz. U holda y=y(j₁(x))=f(x) bo‘ladi, ya’ni y o‘zgaruvchi x argumentning funksiyasi sifatidagi ifodasi hosil bo‘ladi.
Endi (15) sistema bilan berilgan x va y larni Oxy tekislikdagi nuqtaning koordinatalari sifatida qaraymiz. U holda [a,b] kesmadan olingan t parametrning har bir qiymatiga tekislikda aniq bitta nuqta mos keladi. Agar x=j(t),y=y(t) funksiyalar t parametrning uzluksiz funksiyalari bo‘lsa, u holda (15) sistema tekislikda biror uzluksiz chiziqni ifodalaydi. Bu holda chiziq (15) parametrik tenglamalar bilan berilgan deyiladi. (15) sistemadagi tenglamalar shu chiziqning parametrik tenglamalari deyiladi.
Chiziqlarni parametrik usulda berilishiga misol sifatida markazi koordinatalar boshida, radiusi R teng bo‘lgan aylana tenglamasini keltirish mumkin: tÎ[0;2p], bu yerda t geometrik nuqtai nazardan aylananing markaziy burchagini ifodalaydi. ( 1-rasm)
Aynan shu t parametrni vaqt deb qarashimiz ham mumkin. Haqiqatan ham, nuqtaning tekislikdagi har qanday harakatini t vaqtning funksiyasi bo‘lgan x va y koordinatalar
orqali berish mumkin. Shunday qilib, fizik nuqtai 1-1-rasm nazardan (15) sistemadagi ikki funksiya harakatdagi nuqtaning traektoriyasini aniqlaydi.
Qaralayotgan masala mazmunidan kelib chiqqan holda t parametrga turli ma’no berish mumkin. Masalan t parametr burchak, vaqt, tempyeratura, yoy va h. bo‘lishi mumkin.
Parametrik ko‘rinishda berilgan funksiyaning hosilasi. Faraz qilaylik x argumentning y funksiyasi quyidagicha
(16)
parametrik tenglamalar bilan berilgan bo‘lsin.
Agar x=j(t) funksiya teskarilanuvchi bo‘lsa, ya’ni t=j₁(x) mavjud bo‘lsa, u holda y=y(t) tenglamani y=y(j₁(x)) ko‘rinishda yozib olish va y=y(j₁(x)) funksiyaning hosilasini topish masalasini qarash mumkin. Odatda bu masala parametrik tenglamalar bilan berilgan funksiyaning hosilasini topish masalasi deb ham yuritiladi.
Teorema. Aytaylik j(t) va y(t) funksiyalar [a;b] da uzluksiz va (a;b) da differensiallanuvchi hamda j’(t) shu intervalda ishorasini saqlasin. Agar x=j(t) funksiyaning qiymatlar to‘plami [a,b] kesma bo‘lsa, u holda x=j(t), y=y(t) tenglamalar [a,b] da uzluksiz, (a,b) da differensiallanuvchi bo‘lgan y=f(x) funksiyani aniqlaydi va
(17)
formula o‘rinli bo‘ladi.
Isboti. Teorema shartiga ko‘ra j’(t) funksiya [a;b] da ishorasini saqlaydi, aniqlik uchun j’(t)>0 bo‘lsin. U holda x=j(t) funksiya [a;b] da uzluksiz va qat’iy o‘suvchi bo‘ladi. Shuning uchun [a,b] kesmada unga teskari bo‘lgan uzluksiz, qat’iy o‘suvchi t=j₁(x) funksiya mavjud va bu funksiya (a,b) oraliqda differensiallanuvchi, hosilasi formula bilan hisoblanadi. Bu holda y=y(t)=y(j₁(x)) funksiya ham [a,b] kesmada uzluksiz bo‘ladi. Bu funksiyaning hosilasini topamiz. Murakkab funksiyaning hosilasini hisoblash qoidasiga ko‘ra , bundan esa bo‘lishi kelib chiqadi. Teorema isbot bo‘ldi.
(a;b) da j’(t)<0 bo‘lgan holda teorema shunga o‘xshash isbotlanadi.
Misol. Ushbu parametrik tenglamalar bilan berilgan funksiyaning hosilasini toping.
Yechish. (0,p/2) da va bu kesmada yuqoridagi teoremaning barcha shartlari bajariladi. Shuning uchun (17) formulaga ko‘ra bo‘ladi.
Ravshanki,
(18)
tenglamalar u’_x funksiyani x ning funksiyasi sifatida parametrik ifodalaydi.
Faraz qilaylik (18) tenglamalar sistemasi yuqoridagi teorema shartlarini qanoatlantirsin. U holda u’_x funksiyaning x bo‘yicha hosilasi, ya’ni y ning x bo‘yicha ikkinchi tartibli hosilasini quyidagicha hisoblash mumkin:
.
Shunday qilib, quyidagi qoida o‘rinli ekan: y ning x bo‘yicha ikkinchi tartibli hosilasini topish uchun parametrik ko‘rinishda berilgan funksiyaning birinchi tartibli hosilasi u’_x ni t parametr bo‘yicha differensiallab, so‘ngra hosil qilingan natijani x’_tga bo‘lish kerak.
Misol tariqasida yuqorida berilgan funksiyaning ikkinchi tartibli hosilasini topamiz: y’_x=tgt, (y’_x)’_t=(tgt)’_t=1/cos²t va x’_t=-12cos²t×sint ekanligini e’tiborga olsak, qoidaga ko‘ra bo‘ladi.
Xuddi shu usulda uchinchi va boshqa yuqori tartibli hosilalar ham hisoblanadi.