MAT1051 · 7. hafta · The Derivative of Logarithmic, Exponential and Inverse Trigonometric Functions
Logaritmik, üstel ve ters trigonometrik fonksiyonların türevleri
e^x, a^x, ln x, log_a x ve arcsin, arccos, arctan türevleri, logaritmik türev alma ve ters fonksiyonun türevi. x^x gibi 'kural yok' görünen soruların çözüm yolu.
natural exponential functionnatural logarithmlogarithmic differentiationderivative of an inverse functioninverse trigonometric functionsarcsinarctanarcsec
Bu hafta türev tablosu tamamlanıyor. Üstel, logaritmik ve ters trigonometrik fonksiyonların türevleri zincir kuralıyla birleşince, Calculus I’deki her fonksiyonun türevini alabilir hale geliyorsun. Bunların bir kısmı sadece ezber; asıl puan getiren yer logaritmik türev (logarithmic differentiation) ve ters fonksiyonun türevi. Önce kısa liste:
ex türevi kendisi.eu için eu⋅u′.
(lnu)′=uu′. Türevden önce log kurallarıyla ifadeyi parçala.
Değişken üssü değişken olan (xx) ya da çok çarpanlı ifadelerdelny al, sonra türevle.
Ters trigonometrik türevlerde kök ya da 1+u2 paydada. Zincir için payda u′.
(f−1)′(b)=f′(a)1, burada f(a)=b.
Üstel fonksiyonlar
e sayısı, ex‘in x=0‘daki teğet eğimi tam 1 olacak şekilde seçilmiş taban. Bu yüzden:
dxdex=ex
Fonksiyonun her noktadaki eğimi kendi değerine eşit. Başka bir taban için ax=exlna yaz, zincir kuralı uygula:
dxdax=axlna
Örnek 1.y=ex2−3x: y′=(2x−3)ex2−3x. Üs aynen kalır, önüne üssün türevi gelir.
Örnek 2.y=x2e−x: y′=2xe−x+x2(−e−x)=e−x(2x−x2). Çarpım kuralından sonra e−x ortak paranteze alınır; 9. haftada işaret incelemesi bu formda kolay.
Bölüm kuralıyla uğraşma. Önce log kurallarıyla aç:
y=3lnx+21ln(x+1)−2ln(2x−1)
Sonra terim terim:
y′=x3+2(x+1)1−2x−14
Son terimde zincirden 2 geldi: −2⋅2x−12.
Logaritmik türev alma
Üç durumda kullan:
Taban ve üs ikisi de değişken: xx, xsinx, (lnx)x.
Çok sayıda çarpan ve bölen: (x+2)4(x2+1)3x−1.
Kökler ve kuvvetler iç içe.
Algoritma:
1. ln y = ln(sağ taraf) iki tarafın ln'i2. log kurallarıyla aç üsler öne, çarpımlar toplama3. iki tarafı türevle sol taraf: y'/y4. y' = y · (sağ taraf türevi) y'yi orijinal formülle yaz
TUZAK · xx için iki kuraldan birini seçmek. Kuvvet kuralı x⋅xx−1=xx verir, üstel kural xxlnx verir. İkisi de yanlış; doğru cevap ikisinin toplamı: xx(1+lnx). Bu tesadüf değil, logaritmik türev her iki değişkenliği de hesaba katıyor.
Ters fonksiyonun türevi
f birebir ve türevlenebilir, f(a)=b ve f′(a)=0 ise:
(f−1)′(b)=f′(a)1
Grafik olarak: f‘in (a,b) noktasındaki teğet eğimi m ise, y=x‘e göre yansımada (b,a) noktasındaki eğim m1.
Uzun görünen bir ifade tek terime iniyor. Bu sonuç 14. haftada ∫x2+1dx integralinin cevabı olarak geri gelecek.
ln∣x∣ neden önemli?
lnx sadece x>0 için tanımlı. ln∣x∣ ise x=0 olan her yerde tanımlı ve iki yanda da türevi x1: x<0 için ln∣x∣=ln(−x), zincirle türevi −x−1=x1. Bu yüzden integral alırken ∫xdx=ln∣x∣+C yazılır; mutlak değeri unutmak, negatif x için cevabı tanımsız bırakır.
Üstel büyüme
y=Cekt için y′=kCekt=ky. Yani değişim hızı mevcut miktarla orantılı. Nüfus, faiz, radyoaktif bozunma hep bu denklemle modellenir. 1. haftadaki “her 3 saatte iki katı” modelini e tabanında yazarsan k=3ln2 çıkar.
e sayısının limit tanımı
lnx‘in x=1‘deki türevi 1. Tanımdan:
1=limh→0hln(1+h)=limh→0ln(1+h)1/h
ex sürekli olduğu için iki tarafın üstelini al: h→0lim(1+h)1/h=e. Bu, 1. haftada gördüğün (1+n1)n→e limitinin sürekli versiyonu.
Sık yapılan hatalar
Yanlış düşünce
Doğrusu
(e3x)′=e3x
3e3x, zincir
(2x)′=x2x−1
2xln2
(xx)′=x⋅xx−1
xx(lnx+1), logaritmik türev
(ln5x)′=x5
5x5=x1
(lnx2)′=x21
x22x=x2
(ln2)′=21
Sabit, türevi 0
(arctan3x)′=1+3x23
1+9x23
(arcsinx)′=1+x21
1−x21
(f−1)′(b)=f′(b)1
f′(a)1, f(a)=b
sin−1x=sinx1
sin−1x=arcsinx; sinx1=cscx
Kendini test et
Sınavdaki gibi İngilizce sorular. Önce kâğıt kalemle çöz, sonra cevabı aç.
Birinci terim çarpım: arccosx+x⋅1−x2−1. İkinci terim: (1−x2)′=21−x2−2x=1−x2−x, önünde eksi var: +1−x2x. Toplam: arccosx−1−x2x+1−x2x=arccosx. (13. haftada bu, ∫arccosxdx'in cevabı olarak çıkacak.)
Soru 9zor
Let y=(x+2)4(x2+1)3x−1. Use logarithmic differentiation to find y′(2).
Find the equation of the tangent line to y=lnx at x=e.
Cevabı göster
y=ex
Nokta (e,lne)=(e,1). Eğim e1. Doğru: y−1=e1(x−e)=ex−1, yani y=ex. Orijinden geçiyor.
Soru 11zor
Let f(x)=x3+2x+1. Find (f−1)′(4).
Cevabı göster
51
Önce f(a)=4 olan a'yı bul: a3+2a+1=4, deneyerek a=1. f′(x)=3x2+2, f′(1)=5. Ters fonksiyon türevi: (f−1)′(4)=f′(1)1=51. f′(4) hesaplamak yanlış.
Soru 12zor
Show that dxdln(1−sinx1+sinx)=2secx.
Cevabı göster
Split the log; the derivative simplifies to 2/cos x.
Önce log kuralı: ln(1+sinx)−ln(1−sinx). Türev: 1+sinxcosx+1−sinxcosx=cosx⋅1−sin2x(1−sinx)+(1+sinx)=cos2x2cosx=cosx2=2secx.
Doğrulama: Tüm türevler node ile kontrol edildi (verify/MAT1051/07.mjs): sembolik cevap merkezi fark türeviyle dört noktada karşılaştırıldı; ters fonksiyon türevleri, ters fonksiyon Newton yöntemiyle sayısal hesaplanıp türevlenerek; Q9 değeri doğrudan sayısal türevle.
Deftere not kartı
(e^x)' = e^x (e^u)' = e^u · u'
(a^x)' = a^x ln a (a^u)' = a^u ln a · u'
(ln x)' = 1/x (ln|x|)' = 1/x (ln u)' = u'/u
(log_a x)' = 1/(x ln a)
Türevden ÖNCE log kurallarıyla aç: ln(AB/C) = ln A + ln B - ln C
x^x, x^(sin x), çok çarpanlı kesir -> LOGARİTMİK TÜREV: ln y yaz, türevle, y ile çarp
(arcsin u)' = u'/√(1-u^2) (arccos u)' = -u'/√(1-u^2)
(arctan u)' = u'/(1+u^2) (arcsec x)' = 1/(|x|√(x^2-1))
Ters fonksiyon: (f^-1)'(b) = 1/f'(a), a: f(a) = b (önce a'yı bul)
e = lim (1+x)^(1/x), x -> 0