Bevis · Differentialregning

Bevis for den afledte af x² med tretrinsreglen

HF, STX og HHX · B-niveau · mundtlig eksamen · Forklaret af gymnasielærer Kofi D. Mensah

Differentialkvotienten af \(f(x)=x^2\) er \(f'(x)=2\cdot x\). Beviset er det klassiske eksempel på tretrinsreglen og bliver ofte trukket til den mundtlige eksamen på B-niveau.

Tretrinsreglen: Find tilvæksten \(\Delta y\), divider med \(\Delta x\), og lad \(\Delta x\) gå mod 0. Kvadratsætningen gør det muligt at forkorte undervejs.

Sætningen

Hvis \(f(x)=x^2\), så er \(f'(x)=2\cdot x\).

Det skal du kunne først

  • Tretrinsreglen  \(f'(x_0)=\lim_{h\to 0}\frac{\Delta y}{h}\)
    Trin 1: find \(\Delta y=f(x_0+h)-f(x_0)\). Trin 2: find differenskvotienten \(\frac{\Delta y}{h}\) og reducér. Trin 3: lad \(h\) gå mod 0.
  • Kvadratsætning 1  \((a+b)^2=a^2+b^2+2\cdot a\cdot b\)
    Fx er \((x_0+h)^2=x_0^2+h^2+2\cdot x_0\cdot h\).

Beviset trin for trin

  1. Funktionsværdierne

    \(f(x_0)=x_0^2\) og \(f(x_0+h)=(x_0+h)^2\)

    Vi vælger et vilkårligt \(x_0\) og en tilvækst \(h\ne 0\) og sætter ind i forskriften.

  2. Trin 1: Find \(\Delta y\)

    \(\displaystyle \Delta y=(x_0+h)^2-x_0^2\)

    \(\Delta y=f(x_0+h)-f(x_0)\).

  3. Brug kvadratsætningen

    \(\displaystyle \Delta y=x_0^2+h^2+2\cdot x_0\cdot h-x_0^2\)\(\displaystyle =2\cdot x_0\cdot h+h^2\)

    \((x_0+h)^2\) ganges ud med kvadratsætning 1, og \(x_0^2\) går ud. Nu indeholder begge led \(h\).

  4. Trin 2: Differenskvotienten

    \(\displaystyle \frac{\Delta y}{h}=\frac{2\cdot x_0\cdot h+h^2}{h}\)\(\displaystyle =2\cdot x_0+h\)

    Begge led i tælleren divideres med \(h\). Det må vi, fordi \(h\ne 0\).

  5. Trin 3: Lad \(h\) gå mod 0

    \(\displaystyle f'(x_0)=\lim_{h\to 0}\left(2\cdot x_0+h\right)\)\(\displaystyle =2\cdot x_0\)

    Leddet \(h\) går mod 0, mens \(2\cdot x_0\) ikke afhænger af \(h\).

  6. Konklusion

    \(\displaystyle f'(x)=2\cdot x\)

    \(x_0\) var vilkårlig, så resultatet gælder for alle x.

∎ Dermed er sætningen bevist.

Det kan censor spørge om

Kontrollér resultatet i \(x_0=3\).
\(f'(3)=2\cdot 3=6\). Med \(h=0{,}1\) er differenskvotienten \(\frac{3{,}1^2-3^2}{0{,}1}=\frac{0{,}61}{0{,}1}=6{,}1\), som er tæt på 6.
Hvorfor må man ikke sætte \(h=0\) med det samme?
Så står der \(\frac{0}{0}\), som ikke er defineret. Først når \(h\) er forkortet ud, kan man lade \(h\) gå mod 0.

Der er 3 censorspørgsmål til beviset i kurset.

Flere beviser til mundtlig eksamen

Se alle beviser · Alle beviser på dit niveau med flueben