Уравнение касательной и уравнение нормали к графику функции
Как получить уравнение касательной и уравнение нормали
Касательная - это прямая, которая касается графика функции в одной точке и все точки которой находятся на наименьшем расстоянии от графика функции. Поэтому касательная проходит касательно графика функции под определённым углом и не могут проходить через точку касания несколько касательных под разными углами. Уравнения касательной и уравнения нормали к графику функции составляются с помощью производной.
Уравнение касательной выводится из уравнения прямой.
Выведем уравнение касательной, а затем - уравнение нормали к графику функции.
Вспомним уравнение прямой с угловым коэффициентом:
y = kx + b.
В нём k - угловой коэффициент.
Отсюда получаем следующую запись:
y - y0 = k(x - x0).
Значение производной f '(x0) функции y = f(x) в точке x0 равно угловому коэффициенту k = tgφ касательной к графику функции, проведённой через точку M0(x0, y0), где y0 = f(x0). В этом состоит геометрический смысл производной.
Таким образом, можем заменить k на f '(x0) и получить следующее уравнение касательной к графику функции:
y - y0 = f '(x0)(x - x0).
В задачах на составление уравнения касательной к графику функции (а мы уже скоро к ним перейдём) требуется привести получившееся по вышеприведённой формуле уравнение к уравнению прямой в общем виде. Для этого нужно все буквы и числа перенести в левую часть уравнения, а в правой части оставить ноль.
Теперь об уравнении нормали. Нормаль - это прямая, проходящая через точку касания к графику функции перпендикулярно касательной. Уравнение нормали:
(x - x0) + f '(x0)(y - y0) = 0
Переходим к примерам. Для решений потребуется таблица производных (откроется в новом окне).
Для разминки первый же пример прелагается решить самостоятельно, а затем посмотреть решение. Есть все основания надеяться, что для наших читателей эта задача не будет "холодным душем".
Пример 0. Составить уравнение касательной и уравнение нормали к
графику функции 
в точке M (1, 1).
Решаем задачи вместе
Пример 1. Составить уравнение касательной и уравнение нормали к
графику функции 
, если абсцисса точки
касания 
.
Решение. Найдём ординату точки касания:
.
Найдём производную функции (функция представляет собой многочлен и её производную можно найти по формулам 1, 2 и 3 в таблице производных):
.
Найдём значение производной в точке касания, то есть угловой коэффициент касательной:
.
Теперь у нас есть всё, что требуется подставить в приведённую в теоретической справке запись, чтобы получить уравнение касательной. Получаем
В этом примере нам повезло: угловой коэффициент оказался равным нулю, поэтому отдельно приводить уравнение к общему виду не понадобилось. Теперь можем составить и уравнение нормали:
На рисунке ниже: график функции бордового цвета, касательная зелёного цвета, нормаль оранжевого цвета.
Следующий пример - тоже не сложный: функция, как и в предыдущем, также представляет собой многочлен, но угловой коэффициен не будет равен нулю, поэтому добавится ещё один шаг - приведение уравнения к общему виду.
Пример 2. Составить уравнение касательной и уравнение нормали к
графику функции 
, если абсцисса точки
касания 
.
Решение. Найдём ординату точки касания:
.
Найдём производную функции:
.
Найдём значение производной в точке касания, то есть угловой коэффициент касательной:
.
Подставляем все полученные данные в "формулу-болванку" и получаем уравнение касательной:
Приводим уравнение к общему виду (все буквы и числа, отличные от нуля, собираем в левой части, а в правой оставляем ноль):
Составляем уравнение нормали:
Пример 3. Составить уравнение касательной и уравнение нормали к
графику функции 
, если абсцисса точки
касания 
.
Решение. Найдём ординату точки касания:
.
Найдём производную функции (по формуле 5 в таблице производных):
.
Найдём значение производной в точке касания, то есть угловой коэффициент касательной:
.
Находим уравнение касательной:
Перед тем, как привести уравнение к общему виду, нужно его немного "причесать": умножить почленно на 4. Делаем это и приводим уравнение к общему виду:
Составляем уравнение нормали:
Решить задачи самостоятельно, а затем посмотреть решения
Пример 4. Составить уравнение касательной и уравнение нормали к
графику функции 
,
если абсцисса точки касания 
.
Пример 5. Составить уравнение касательной и уравнение нормали к
графику функции 
,
если абсцисса точки касания 
.
Снова решаем задачи вместе
Пример 6. Составить уравнение касательной и уравнение нормали к
графику функции 
, если абсцисса точки
касания 
.
Решение. Найдём ординату точки касания:
.
Найдём производную функции (по формуле 14 в таблице производных):
.
Найдём значение производной в точке касания, то есть угловой коэффициент касательной:
.
Получаем уравнение касательной:
Приводим уравнение к общему виду:
Составляем уравнение нормали:
Распространённая ошибка при составлении уравнений касательной и нормали - не заметить, что функция, данная в примере, - сложная и вычислять её производную как производную простой функции. Следующие примеры - уже со сложными функциями (соответствующий урок откроется в новом окне).
Пример 7. Составить уравнение касательной и уравнение нормали к
графику функции 
, если абсцисса точки
касания 
.
Решение. Найдём ординату точки касания:
.
Внимание! Данная функция - сложная, так как аргумент тангенса (2x) сам является функцией. Поэтому найдём производную функции как производную сложной функции (потребуется формула 9 в таблице производных сложной функции):
.
Найдём значение производной в точке касания, то есть угловой коэффициент касательной:
.
Получаем уравнение касательной:
Приводим уравнение к общему виду:
Составляем уравнение нормали:
Пример 8. Составить уравнение касательной и уравнение нормали к
графику функции 
, если абсцисса точки
касания 
.
Решение. Найдём ординату точки касания:
.
Как и в предыдущем примере, данная функция - сложная, так как степень (
)
сама является функцией. Поэтому найдём производную функции как производную сложной функции
(используя формулу 1 в таблице производных сложной функции):
.
Найдём значение производной в точке касания, то есть угловой коэффициент касательной:
.
Получаем уравнение касательной:
Приводим уравнение к общему виду:
Составляем уравнение нормали:
| Назад<<< | Листать | Вперёд>>> |
Поделиться с друзьями
- Что такое производная
- Найти производную: алгоритмы и примеры решений
- Производные произведения и частного функций
- Производная суммы дробей со степенями и корнями
- Производные простых тригонометрических функций
- Производная сложной функции
- Производная логарифмической функции
- Дифференциал функции
- Дифференциал сложной функции, инвариантность формы дифференциала
- Правило Лопиталя
- Частные производные
