Bilinen Türevlerden Yeni Türevler Elde Etmek Bilinen Türevlerden Yeni Türevler Elde Etmek Çarpım Kuralı f ve g türevlenebilir ise, Sabitle Çarpım Kuralı c bir sabit ve f türevlenebilir bir fonksiyonsa, d d [cf (x)] = c f (x) dx dx dir. dir. Toplam-Fark Kuralı f ve g türevlenebilir ise, Bölüm Kuralı f ve g türevlenebilir fonksiyonlarsa, d d d [f (x)g(x)] = f (x) [g(x)] + g(x) [f (x)] dx dx dx g(x) d [f (x)] − f (x) d [g(x)] d f (x) dx dx = dx g(x) [g(x)]2 d d d [f (x) ± g(x)] = f (x) ± g(x) dx dx dx dir. dir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I d (c) = 0 dx d d d d (10x3 − 6x + 5) = 10 (x3 ) − 6 (x) + (5) dx dx dx dx = 10(3x2 ) − 6(1) + 0 d n (x ) = nxn−1 dx = 30x2 − 6 dir. MAT 1009 Matematik I 2/ 99 Örnek : Kuvvet Kuralı Her n gerçel sayısı için, Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Örnek Polinomların ve Üstel Fonksiyonların Türevleri Sabit Fonksiyon Türevi : Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 1/ 99 3/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 4/ 99 Örnek Örnek Örnek : Aşağıdaki türevleri alınız. √ 1 3 (a) f (x) = 2 (b) y = x2 x Örnek : y = x4 − 6x2 + 4 eğrisi üzerindeki, teğet doğrusunun yatay olduğu noktaları bulunuz. Çözüm : İki durumda da, fonksiyonu x in üssü olarak yeniden yazarız. (a) f (x) = x−2 olduğundan, n = −2 için Kuvvet Kuralını uygularız: Çözüm : Yatay teğetler, türevin 0 olduğu noktalardaki teğetlerdir. Öncelikle, dy d 4 d d = (x ) − 6 (x2 ) + (4) dx dx dx dx = 4x3 − 12x + 0 d −2 2 f (x) = (x ) = −2x−2−1 = −2x−3 = − 3 dx x ′ (b) = 4x(x2 − 3) d √ 2 2 dy d 2/3 3 = ( x2 ) = (x ) = x(2/3)−1 = x−1/3 dx dx dx 3 3 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I elde ederiz. 5/ 99 Örnek... Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 6/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 8/ 99 Örnek... dy = 4x(x2 − 3) dx √ Dolayısıyla, x = 0 ve x2 − 3 denkleminin kökleri olan x = ± 3 için dy/dx = 0 olur. Bu nedenle, verilen eğri x = 0, x = teğetlere sahiptir. √ √ 3 ve x = − 3 için yatay √ √ Bu değerlere karşılık gelen noktalar (0, 4), (− 3, −5) ve ( 3, −5) dir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 7/ 99 Örnek Örnek... Örnek : f (t) = √ t(1 − t) fonksiyonunun türevini alınız. Çözüm 2 : Üs kuralını kullanarak, f (t) fonksiyonunu yeniden yazarsak, türevini çarpım kuralını kullanmadan da alabiliriz. Böylece, √ √ f (t) = t − t t = t1/2 − t3/2 Çözüm 1 : Çarpım kuralını kullanarak, f ′ (t) = = √ d d √ t (1 − t) + (1 − t) ( t) dx dx √ 3 1 f ′ (t) = t−1/2 − t1/2 2 2 elde edilir ve bu sonuç Çözüm 1 dekiyle aynıdır. 1 t(−1) + (1 − t) t−1/2 2 √ 1 − 3t 1−t =− t+ √ = √ 2 t 2 t Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak Yukarıdaki örnek, bazen fonksiyonların çarpımını sadeleştirmenin, çarpım kuralını kullanmaktan daha kolay olduğunu gösterir. MAT 1009 Matematik I Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 9/ 99 Örnek 10/ 99 Örnek Örnek : g(4) = 2 ve g ′ (4) = 3 olmak üzere, f (x) = f ′ (4) değerini bulunuz. √ x . g(x) ise, Örnek : y = Bu durumda, Çözüm : Çarpım kuralını uygulayarak, f ′ (x) MAT 1009 Matematik I x2 + x − 2 olsun. x3 + 6 (x3 + 6) √ d d !√ d !√ x . g(x) = x . x = (g(x)) + g(x) . dx dx dx y′ = d 2 d (x + x − 2) − (x2 + x − 2) (x3 + 6) dx dx (x3 + 6)2 = √ 1 x . g ′ (x) + g(x) . . x−1/2 2 = (x3 + 6)(2x + 1) − (x2 + x − 2)(3x2 ) (x3 + 6)2 = √ g(x) x . g (x) + √ 2 x = (2x4 + x3 + 12x + 6) − (3x4 + 3x3 − 6x2 ) (x3 + 6)2 ′ elde ederiz. Dolayısıyla, √ 2 g(4) f ′ (4) = 4 . g ′ (4) + √ = 2 . 3 + = 6.5 olur. 2.2 2 4 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I =− −x4 − 2x3 + 6x2 + 12x + 6 (x3 + 6)2 elde edilir. 11/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 12/ 99 Üstel Fonksiyonun Türevi Not : 3x2 √ Doğal Üstel Fonksiyonun Türevi : +2 x x fonksiyonunun türevini bölüm kuralını kullanarak almak mümkündür. Ancak, önce bölmeyi yapmak ve fonksiyonu F (x) = Üstel Fonksiyonun Türevi : biçiminde yazdıktan sonra türevi almak çok daha kolaydır. MAT 1009 Matematik I a > 0, a 6= 1 gerçel sayısı için d x (a ) = ax ln a dx F (x) = 3x + 2x−1/2 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak d x (e ) = ex dx dır. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 13/ 99 Örnek MAT 1009 Matematik I 14/ 99 Örnek Örnek : f (x) = ex − x, ise f ′ ve f ′′ fonksiyonlarını bulunuz. Örnek : y = ex eğrisinin hangi noktasındaki teğet doğrusu y = 2x doğrusuna paraleldir? Çözüm : Fark kuralını kullanarak, Çözüm : y = ex olduğundan, y ′ = ex dir. d x d x d f ′ (x) = (e − x) = (e ) − (x) = ex − 1 dx dx dx elde ederiz. İkinci türevi, nedenle, f ′′ (x) = f′ Sorudaki noktanın x koordinatı a olsun. nün türevi olarak tanımladık. Bu Bu noktadaki teğet doğrusunun eğimi ea olur. d x d x d (e − 1) = (e ) − (1) = ex dx dx dx Teğet doğrusu, eğimi, y = 2x doğrusunun eğimiyle aynı, başka bir deyişle 2 olduğunda, bu doğruya paralel olacaktır. elde ederiz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 15/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 16/ 99 Örnek... Örnek Eğimleri eşitlersek, ea = 2 a = ln 2 Örnek : (a) f (x) = xex ise, f ′ (x) i bulunuz. (b) f nin n-inci türevi, f (n) (x) i bulunuz. elde ederiz. Dolayısıyla, aranılan nokta (a, ea ) = (ln 2, 2) dir. Çözüm : (a) Çarpım kuralından, f ′ (x) = d d d (xex ) = x (ex ) + ex (x) dx dx dx = xex + ex . 1 = (x + 1)ex elde ederiz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Örnek... (b) Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 17/ 99 MAT 1009 Matematik I 18/ 99 Örnek Çarpım kuralını ikici kez kullanarak, f ′′ (x) = d d d [(x + 1)ex ] = (x + 1) (ex ) + ex (x + 1) dx dx dx Örnek : y = ex /(1 + x2 ) eğrisinin (1, e/2) noktasındaki teğet doğrusunun denklemini bulunuz. Çözüm : Bölüm kuralından, = (x + 1)ex + ex . 1 = (x + 2)ex dy dx elde ederiz. Çarpım kuralının art arda uygulanmasıyla, f ′′′ (x) = (x + 3)ex f = f (4) (x) = (x + 4)ex elde edilir. Aslında, art arda gelen her türev alma ile başka bir ex terimi eklenir, bu nedenle (n) (1 + x2 ) (x) = (x + n)e x d x d (e ) − ex (1 + x2 ) dx dx (1 + x2 )2 = (1 + x2 )ex − ex (2x) (1 + x2 )2 = ex (1 − x)2 (1 + x2 )2 elde ederiz. olur. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 19/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 20/ 99 Örnek... Örnek... Bu, (1, e/2) noktasındaki teğet doğrusunun yatay ve denkleminin y = e/2 olduğunu ifade etmektedir. [Foksiyonun artan olduğuna ve (1, e/2) deki teğet doğrusunu keserek geçtiğine dikkat ediniz.] dy ex (1 − x)2 = dx (1 + x2 )2 Dolayısıyla, (1, e/2) deki teğet doğrusunun eğimi, dy =0 dx x=1 dır. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 21/ 99 MAT 1009 Matematik I 22/ 99 Örnek Trigonometrik Fonksiyonların Türevleri sec x fonksiyonunun türevini alınız. Hangi x 1 + tan x değerleri için f nin grafiğinin yatay teğeti vardır? Örnek : f (x) = d (sin x) = cos x dx d (csc x) = − csc x cot x dx d (cos x) = − sin x dx d (sec x) = sec x tan x dx d (tan x) = sec2 x dx d (cot x) = − csc2 x dx Çözüm : Bölüm kuralı (1 + tan x) f ′ (x) = = Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 23/ 99 d d (sec x) − sec x (1 + tan x) dx dx (1 + tan x)2 (1 + tan x) sec x tan x − sec x sec2 x (1 + tan x)2 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 24/ 99 Örnek... Örnek Örnek : cos x fonksiyonunun 27 inci türevini bulunuz. f ′ (x) = = tan2 x sec x [tan x + − (1 + tan x)2 Çözüm : f (x) = cos x fonksiyonunun ilk bir kaç türevi aşağıdaki gibidir: sec2 x] f ′ (x) = − sin x sec x (tan x − 1) (1 + tan x)2 f ′′ (x) = − cos x verir. f ′′′ (x) = sin x Yanıtı sadeleştirmek için, tan2 x + 1 = sec2 x özdeşliğini kullandık. sec x hiç sıfır olmadığından, yalnız tan x = 1 için f ′ (x) = 0 olduğunu görürüz ve bu n tamsayı olmak üzere x = nπ + π/4 değerinde gerçekleşir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I f (4) (x) = cos x f (5) (x) = − sin x Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 25/ 99 Örnek... MAT 1009 Matematik I 26/ 99 Zincir Kuralı F (x) = Ardışık türevlerin, dört adımda bir yinelendiğini ve n, 4 ün bir katı olmak üzere, f (n) (x) = cos x olduğunu görürüz. Bu nedenle, f (24) (x) = cos x f x2 + 1 fonksiyonunun türevini almanızın istendiğini varsayalım. Daha önce öğrendiğimiz türev alma kuralları ile F ′ (x) i hesaplamanız olanaklı değildir. F nin bir bileşke fonksiyonu olduğunu gözlemleyiniz. Gerçekten de olur ve üç kez daha türev alırsak (27) p y = f (u) = (x) = sin x √ u ve u = g(x) = x2 + 1 ise y = F (x) = f (g(x)), bir başka deyişle F = f ◦ g yazabiliriz. elde ederiz. f ve g’nin her ikisinin de türevlerinin nasıl alınacağını biliyoruz, dolayısıyla F = f ◦ g fonksiyonunun türevinin, f ve g nin türevleri cinsinden nasıl bulunduğunu söyleyen bir kural yararlı olacaktır. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 27/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 28/ 99 Zincir Kuralı Zincir Kuralı Bu, türevleri değişim hızları olarak ele aldığımızda, akla yatkın görünmektedir. du/dx i, u nun x e göre değişim hızı, f ◦ g bileşke fonksiyonunun türevi, f ve g nin türevlerinin çarpımıdır. dy/du yu, y nin u ya göre değişim hızı ve dy/dx i, y nin x e göre değişim hızı olarak düşününüz. Bu, türev alma kurallarının en önemlilerinden biridir ve Zincir Kuralı olarak adlandırılır. u, x in iki katı bir hızla değişiyorsa ve y, u nun üç katı hızla değişiyorsa, y nin x in altı katı bir hızla değişmesi mantıklı görünmektedir ve bu nedenle dy dy du = dx du dx olmasını bekleriz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 29/ 99 MAT 1009 Matematik I 30/ 99 Örnek Zincir Kuralı Örnek : F (x) = Zincir Kuralı f ve g türevlenebilir fonksiyonlar ve F = f ◦ g fonksiyonu, F (x) = f (g(x)) biçiminde tanımlanan bileşke fonksiyonu ise, F türevlenebilir bir fonksiyondur ve F ′ , F ′ (x) = f ′ (g(x))g ′ (x) (1) çarpımı ile verilir. Leibniz gösteriminde, y = f (u) ve u = g(x) türevlenebilir fonksiyonlarsa, dy dy du = dx du dx dir. √ x2 + 1 ise F ′ (x) i bulunuz. Çözüm : (Denklem (1)’yi kullanarak): Bu bölümün başında F √ fonksiyonunu f (u) = u ve g(x) = x2 + 1 olmak üzere F (x) = (f ◦ g)(x) = f (g(x)) biçiminde ifade etmiştik. 1 1 f ′ (u) = u−1/2 = √ 2 2 u ve g ′ (x) = 2x olduğundan, F ′ (x) = f ′ (g(x)) g ′ (x) x 1 √ 2x = √ = 2 x2 + 1 x2 + 1 (2) elde ederiz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 31/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 32/ 99 Örnek... Zincir Kuralı (Denklem (2)’ü kullanarak): u = x2 + 1 ve y = F ′ (x) = = √ u ise NOT Zincir Kuralı’nı kullanırken, dışarıdan içeriye doğru hesap yaparız. Formül (1), önce dıştaki f fonksiyonunun (içteki g(x) fonksiyonunda) türevini aldığımızı ve daha sonra bunu, içteki fonksiyonun türeviyle çarptığımızı söyler. 1 dy du = √ 2x du dx 2 u x 1 √ 2x = √ dir. 2 2 2 x +1 x +1 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 33/ 99 Örnek MAT 1009 Matematik I 34/ 99 Örnek... Örnek : (a) y = sin(x2 ) ve (b) y = sin2 x fonksiyonlarının türevini alınız. Çözüm : (a) y = sin(x2 ) ise, dıştaki fonksiyon sinüs ve içteki fonksiyon kare alma fonksiyonudur, dolayısıyla Zincir Kuralı’ndan dy dx = d d 2 sin(x2 ) = cos(x2 ) · x dx dx (b) sin2 x = (sin x)2 olduğuna dikkat ediniz. Burada, dıştaki fonksiyon kare alma ve içteki fonksiyon sinüs fonksiyonudur. Dolayısıyla, dy d = (sin x)2 = 2 sin x · cos x dx dx olur. Yanıt, 2 sin x cos x olarak bırakılabilir ya da (yarım açı formülü olarak bilinen trigonometrik özdeşlik kullanılarak) sin 2x olarak yazılabilir. = 2x cos(x2 ) elde ederiz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 35/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 36/ 99 Örnek Örnek Örnek : g(t) = Örnek : y = (x3 − 1)100 fonksiyonunun türevini alınız. = t−2 2t + 1 9 fonksiyonunun türevini bulunuz. Çözüm : Zincir Kuralı ve Bölüm Kuralı’nı birleştirerek Çözüm : Zincir Kuralı kullanılarak dy dx d 3 d (x − 1)100 = 100(x3 − 1)99 (x3 − 1) dx dx g ′ (t) = 9 t−2 2t + 1 8 d dt = 9 t−2 2t + 1 8 (2t + 1) · 1 − 2(t − 2) 45(t − 2)8 = (2t + 1)2 (2t + 1)10 = 100(x3 − 1)99 · 3x2 = 300x2 (x3 − 1)99 elde edilir. t−2 2t + 1 elde ederiz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 37/ 99 Örnek MAT 1009 Matematik I 38/ 99 Örnek Örnek : y = esec 3θ fonksiyonunun türevini alınız. Örnek : y = esin x fonksiyonunun türevini alınız. Çözüm : Burada içteki fonksiyon g(x) = sin x ve dıştaki fonksiyon f (x) = ex üstel fonksiyonudur. Dolayısıyla, Zincir Kuralı’ndan, Çözüm : Dıştaki fonksiyon üstel fonksiyon, ortadaki fonksiyon sekant fonksiyonu ve en içteki fonksiyon üç katını alma fonksiyonudur. Dolayısıyla, dy dθ dy d d sin x = (e ) = esin x (sin x) = esin x cos x dx dx dx = esec 3θ d (sec 3θ) dθ d (3θ) dθ = 3esec 3θ sec 3θ tan 3θ = esec 3θ sec 3θ tan 3θ olur. elde ederiz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 39/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 40/ 99 Parametrik Eğrilerin Teğetleri x = f (t) Parametrik Eğrilerin Teğetleri y = g(t) dy dx dy = · dt dx dt parametrik denklemleriyle verilen eğriyi ele alalım: dx 6= 0 ise, eşitlikten dy/dx’i çekebiliriz. dt f ve g türevlenebilir fonksiyonlar ve y, x in türevlenebilir bir fonksiyonu olmak üzere, eğri üzerindeki bir noktadaki teğet doğrusunu bulmak istediğimizi varsayalım. dx 6= 0 dt dy i bulmamız gerek. Zincir Kuralından Eğimi yani dx ise dy dy = dt dx dx dt dir. (3) Eğriyi bir parçacığın izlediği yol olarak düşünürsek, dy/dt ve dx/dt parçacığın düşey ve yatay hızları olur. dy dx dy = · dt dx dt elde ederiz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 41/ 99 Örnek MAT 1009 Matematik I 42/ 99 Örnek... √ Örnek : x = 2 sin 2t y = 2 sin t parametrik eğrisinin ( 3, 1) noktasındaki teğet doğrusunun denklemini bulunuz. Çözüm : t parametre değerine karşılık gelen noktada, eğim dy d (2 sin t) dy cos t 2 cos t dt dt = = = = dx d dx 2(cos 2t)(2) 2 cos 2t (2 sin 2t) dt dt olur. Dolayısıyla, teğet doğrusunun denklemi √ √ √ 1 3 3 y−1= (x − 3) ya da y = x− 2 2 2 dir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I √ ( 3, 1) noktası t = π/6 parametre değerine karşılık gelir, bu yüzden bu noktadaki teğetin eğimi √ √ cos(π/6) dy 3/2 3 = = = dx t=π/6 2 cos(π/3) 2(1/2) 2 43/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I dir. 44/ 99 Kapalı Türev Alma Kapalı Türev Alma Buna karşılık, bazı fonksiyonlar Şimdiye kadar karşılaştığımız fonksiyonlar, bir değişkenin bir başka değişken cinsinden açık olarak ifade edilmesiyle tanımlanabiliyordu. Örneğin, p y = x3 + 1 ya da y = x sin x veya genel olarak, y = f (x) gibi. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak x2 + y 2 = 25 (4) x3 + y 3 = 6xy (5) veya gibi x ve y arasındaki bir bağıntı aracılığıyla kapalı olarak tanımlanır. MAT 1009 Matematik I 45/ 99 Kapalı Türev Alma Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 46/ 99 Kapalı Türev Alma Bazı durumlarda, böyle bir denklemden y yi x e bağlı bir fonksiyon (veya fonksiyonlar) olarak elde etmek olanaklıdır. √ Örneğin, Denklem (4)’den y yi çekersek, y = ± 25 − x2 elde ederiz, ve böylece kapalı Denklem (4)’in belirlediği iki fonksiyon p p f (x) = 25 − x2 ve g(x) = − 25 − x2 dir. f ve g nin grafikleri x2 + y 2 = 25 çemberinin alt ve üst yarı-çemberleridir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 47/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 48/ 99 Kapalı Türev Alma Kapalı Türev Alma Denklem (5)’dan elle hesap yaparak y yi, x e bağlı bir fonksiyon olarak elde etmek kolay değildir. ve kapalı olarak y yi x e bağlı çeşitli fonksiyonlar olarak tanımlar. Yine de (5), Descartes folyumu olarak adlandırılan, şekilde gösterilen eğrinin denklemidir, Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 49/ 99 Kapalı Türev Alma Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 50/ 99 Kapalı Türev Alma Neyse ki y nin türevini bulmak için verilen denklemde y yi x cinsinden çözme gereksinimi duymayız. f nin Denklem (5) ile kapalı olarak tanımlanan bir fonksiyon olduğunu söylediğimizde, Onun yerine kapalı türev alma yöntemini kullanabiliriz. Bu, denklemin iki tarafının x e göre türevini almayı ve sonuçtaki denklemlerden y ′ nü çekmeyi içerir. x3 + [f (x)]3 = 6xf (x) eşitliğinin, f nin tanım kümesindeki her x değeri için doğru olduğunu kastederiz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Bu bölümdeki örnekler ve alıştırmalarda her zaman, verilen denklemin kapalı bir biçimde y yi x e bağlı türevlenebilir bir fonksiyon olarak tanımladığı ve dolayısıyla, kapalı türev alma yönteminin uygulanabildiği varsayılmıştır. 51/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 52/ 99 Örnek Örnek... dy i bulunuz. dx (b) x2 + y 2 = 25 çemberinin (3, 4) noktasındaki teğetinin denklemini yazınız. y nin x e bağlı bir fonksiyon olduğunu anımsayarak ve Zincir Kuralı’nı kullanarak, Çözüm : Birinci Çözüm: (a) x2 + y 2 = 25 denkleminin iki tarafının türevini alalım: elde ederiz. Dolayısıyla Örnek : (a) x2 + y 2 = 25 ise d 2 dy dy d 2 (y ) = (y ) = 2y dx dy dx dx 2x + 2y d 2 d (x + y 2 ) = (25) dx dx dır. Şimdi bu denklemi dy/dx için çözeriz: d 2 d 2 (x ) + (y ) = 0 dx dx Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I dy =0 dx x dy =− dx y Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 53/ 99 Örnek... MAT 1009 Matematik I 54/ 99 Örnek... (b) (3, 4) noktasında x = 3, y = 4 dür. Buradan İkinci Çözüm: 3 dy =− dx 4 √ x2 + y 2 = 25 denkleminden, y = ± 25 − x2 elde ederiz. elde ederiz. Dolayısıyla çemberin (3, 4) noktasndaki teğetinin denklemi 3 y − 4 = − (x − 3) 4 √ (3, 4) noktası y = 25 −√ x2 üst yarı-çemberinin üzerinde olduğundan, f (x) = y = 25 − x2 fonksiyonunu ele alırız. ya da 3x + 4y = 25 dir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 55/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 56/ 99 Örnek... NOT Zincir Kuralı’nı kullanarak türev alırsak f ′ (x) = = NOT 1 Az önceki örnek, denklemden y yi x cinsinden çekmek olanaklı olsa bile kapalı türev almanın daha kolay olabildiğini göstermektedir. 1 d (25 − x2 )−1/2 (25 − x2 ) 2 dx x 1 (25 − x2 )−1/2 (−2x) = − √ 2 25 − x2 elde ederiz. Böylece f ′ (3) = − √ 3 3 = − olur ve birinci 2 4 25 − 3 NOT 2 dy/dx = −x/y ifadesi türevi, x ve y nin her ikisi cinsinden vermektedir. Bu ifade denklem tarafından hangi fonksiyonunun belirlendiğinden bağımsız olarak doğrudur. çözümde olduğu gibi teğetin denklemi 3x + 4y = 25 dir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 57/ 99 MAT 1009 Matematik I 58/ 99 Örnek NOT Örnek : Örneğin, y = f (x) = √ √ (a) x3 + y 3 = 6xy ise, y ′ nü bulunuz. 25 − x2 için (b) x3 + y 3 = 6xy denklemiyle verilen Descartes folyumu eğrisinin (3, 3) noktasındaki teğetini bulunuz. dy x x = − = −√ dx y 25 − x2 ve y = g(x) = − 25 − x2 Çözüm : (a) y yi x e bağlı bir fonksiyon olarak düşünerek, y 3 terimi için zincir ve 6xy terimi için çarpım kuralını kullanarak, x3 + y 3 = 6xy denkleminin iki tarafının x e göre türevini alırsak, için x dy x x =√ =− = √ 2 dx y − 25 − x 25 − x2 3x2 + 3y 2 y ′ = 6y + 6xy ′ elde ederiz. ya da x2 + y 2 y ′ = 2y + 2xy ′ elde ederiz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 59/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 60/ 99 Örnek... Örnek... x2 + y 2 y ′ = 2y + 2xy ′ x = y = 3 için Bu denklemden y ′ nü çekersek: y′ = y 2 y ′ − 2xy ′ = 2y − x2 dir. Bu nedenle folyumun (3, 3) noktasındaki teğetinin denklemi (y 2 − 2x)y ′ = 2y − x2 y′ = 2 · 3 − 32 = −1 32 − 2 · 3 y − 3 = −1(x − 3) x2 2y − y 2 − 2x ya da x+y =6 dır. elde ederiz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 61/ 99 Örnek MAT 1009 Matematik I 62/ 99 Örnek... cos(x + y) · (1 + y ′ ) = 2yy ′ cos x + y 2 (− sin x) Örnek : sin(x + y) = y 2 cos x ise y ′ nü bulunuz. y ′ içeren terimleri bir araya toplarsak, Çözüm : x e göre kapalı türev alarak ve y nin x e bağlı bir fonksiyon olduğunu anımsayarak, cos(x + y) + y 2 sin x = (2y cos x)y ′ − cos(x + y) · y ′ cos(x + y) · (1 + y ′ ) = 2yy ′ cos x + y 2 (− sin x) elde ederiz. Bu nedenle, elde ederiz. (Sol tarafta zincir kuralını ve sağ tarafta çarpım ve zincir kurallarını kullandığımıza dikkat ediniz.) y′ = cos(x + y) + y 2 sin x 2y cos x − cos(x + y) olur. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 63/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 64/ 99 Ortogonal Yörüngeler Ortogonal Yörüngeler Kesişim noktalarındaki teğet doğruları dik olan iki eğri, ortogonal olarak adlandırılır. Ortogonal yörüngeler fiziğin çeşitli alanlarında karşımıza çıkar. Örneğin, bir elektrostatik alanın kuvvet çizgileri, sabit potansiyel çizgilerine diktir. Aşağıdaki örnekte, kapalı türev almayı kullanarak iki eğri ailesinin birbirinin ortogonal yörüngeleri olduğunu, bir başka deyişle bir ailedeki her eğrinin diğer ailedeki her eğriye dik olduğunu göstereceğiz. Termodinamikde, izotermler (eş sıcaklık eğrileri) ısı akış çizgilerine diktir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Aerodinamikte, akış çizgileri (hava akımının yönünün eğrileri) hız-eş-potansiyel eğrilerinin ortogonal yörüngeleridir. 65/ 99 Örnek Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 66/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 68/ 99 Örnek... Örnek : xy = c c 6= 0 (6) denklemi bir hiperbol ailesini verir. (c nin farklı değerleri farklı hiperbolleri verir. x2 − y 2 = k k 6= 0 (7) denklemi, asimptotları y = ±x olan bir diğer hiperbol ailesini verir. (6) ailesindeki her eğrinin, (7) ailesindeki her eğriye ortogonal olduğunu, bir başka deyişle bu iki ailenin birbirinin ortogonal yörüngeleri olduğunu gösteriniz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 67/ 99 Örnek... Ters Trigonometrik Fonksiyonların Türevi Çözüm : Denklem (6) ün kapalı türevini alınca, y+x dy =0 dx ve böylece dy y =− dx x (8) elde ederiz. Denklem (7) ün kapalı türevini alınca, 2x − 2y dy =0 dx bu nedenle dy x = dx y y = sin−1 x (9) elde ederiz. (8) ve (9) dan, iki aileden seçilen birer eğrinin kesişim noktasında, teğetlerinin eğimlerinin çarpımının −1 olduğunu görürüz. Dolayısıyla, eğriler dik açılarla kesişirler. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Ters trigonometrik fonksiyonların türevlenebilir olduklarını varsayarak, bunların türevlerini almak için kapalı türev alma yöntemini kullanabiliriz. arcsin fonksiyonunun tanımını anımsayınız: sin y = x ve − π π 6y6 2 2 anlamına gelir. sin y = x in x e göre kapalı türevini alırsak, cos y · dy = 1 veya dx dy 1 = dx cos y elde ederiz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 69/ 99 (arcsin)′ ⇔ MAT 1009 Matematik I 70/ 99 (arctan)′ 1 dy = dx cos y −π/2 6 y 6 π/2 olduğundan, cos y > 0 dır, bu yüzden q p cos y = 1 − sin2 y = 1 − x2 olur. Dolayısıyla, arctan fonksiyonunun türevinin formülü de benzer bir yolla elde edilir: d 1 (tan(−1) (x)) = . dx 1 + x2 dy 1 1 dir. = =√ dx cos y 1 − x2 d 1 (sin−1 x) = √ dx 1 − x2 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 71/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 72/ 99 Örnek Logaritma Fonksiyonlarının Türevi Örnek : f (x) = x arctan √ x fonksiyonunun türevini alınız. d 1 (loga x) = dx x ln a Çözüm : f ′ (x) = x · = 1 √ 2· 1 + ( x) 1 −1/2 x 2 + arctan √ (10) x özel olarak a = e alırsak √ d 1 (ln x) = . dx x √ x + arctan x 2(1 + x) (11) En sık karşılaşılan ters trigonometrik fonksiyonlar yukarıda gördüklerimizdir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 73/ 99 Örnek MAT 1009 Matematik I 74/ 99 Logaritma Fonksiyonlarının Türevi Örnek : y = ln(x3 + 1) fonksiyonunun türevini bulunuz. Çözüm : Zincir kuralını kullanmak için u = x3 + 1 diyelim. Bu takdirde y = ln u ve dy dy du 1 du 1 3x2 = · = · = 2 · (3x2 ) = 3 dx du dx u dx x +1 x +1 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Genel olarak örnekte verilen zincir kuralı ile formül 11 yi birleştirirsek 1 du d (ln u) = dx u dx veya d g ′ (x) (ln g(x)) = dx g(x) (12) elde ederiz. 75/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 76/ 99 Örnek Örnek Örnek : f (x) = ln |x| ise f ′ (x) türevini bulunuz. Örnek : f (x) = √ Çözüm : ln x fonksiyonunun türevini bulunuz. f (x) = Çözüm : Burada logaritma fonksiyonu iç fonksiyon olduğundan Zincir kuralını kullanarak ln x , ln(−x) , x>0 x<0 olduğundan 1 1 d 1 1 f (x) = (ln x)−1/2 · · = √ (ln x) = √ 2 dx 2 ln x x 2x ln x ′ ′ f (x) = elde edilir. olarak elde edilir. 1 x 1 1 (−1) = −x x , x>0 , x<0 Böylece her x 6= 0 için f ′ (x) = 1/x olur. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 77/ 99 Örnek MAT 1009 Matematik I 78/ 99 Örnek... √ x3/4 x2 + 1 Örnek : y = fonksiyonunun türevini bulunuz. (3x + 2)5 dy dx y Çözüm : Denklemin her iki tarafının logaritmasını alıp, basitleştirmek için logaritmanın özelliklerini kullanalım: ln y = 3 1 ln x + ln(x2 + 1) − 5 ln(3x + 2) 4 2 y = 3 x 15 + − 4x x2 + 1 3x + 2 Buradan dy/dx i çözersek x 15 3 dy =y + 2 − dx 4x x + 1 3x + 2 kapalı olarak tanımlanan bu fonksiyonun x e göre türevini alırsak dy dx = 3 1 1 2x 3 · + · 2 −5· 4 x 2 x +1 3x + 2 √ x3/4 x2 + 1 3 x 15 = + − (3x + 2)5 4x x2 + 1 3x + 2 elde ederiz. olur. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 79/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 80/ 99 Örnek Not: Taban değişken, üs sabit olduğunda, Kuvvet kuralı [(xn )′ = nxn−1 ] ile; taban sabit, üs değişken olan [(ax )′ = ax ln a] üstel fonksiyonların türev alma kurallarını, birbirinden dikkatlice ayırt etmelisiniz. Genel olarak üs ve tabanlar için dört durum söz konusudur. d b 1 (a ) = 0 (a ve b sabittir.) dx d 2 [f (x)b ] = b[f (x)]b−1 f ′ (x) dx d g(x) 3 [a ] = ag(x) (ln a)g ′ (x) dx d 4 [f (x)]g(x) türevini bulmak için aşağıdaki örnekte olduğu dx gibi logaritmik türev kullanılabilir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Örnek : y = x x fonksiyonunun türevini bulunuz. Çözüm 1 : Logaritmik türevi kullanırsak ln y = ln x y′ y y′ = √ =y √ x· x = √ x ln x 1 1 + (ln x) √ x 2 x 1 ln x √ + √ x 2 x =x √ x 2 + ln x √ 2 x elde ederiz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 81/ 99 Örnek... √ MAT 1009 Matematik I 82/ 99 Doğrusal Yaklaştırımlar ve Diferansiyeller Çözüm 2: Diğer yöntem için x √ x = e ln x √ x y = f (x) eğrisinin (a, f (a)) noktasındaki teğet doğrusunun denklemi y = f (a) + f ′ (a)(x − a) yazalım. √ d √x d √ d √x ln x = = e x ln x ( x ln x) x e dx dx dx √ 2 + ln x √ . =x x 2 x Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I dir. f (x) ≈ f (a) + f ′ (a)(x − a) (13) yaklaştırımına f fonksiyonunun a noktasındaki doğrusal yaklaştırımı ya da teğet doğrusu yaklaştırımı denir. 83/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 84/ 99 Örnek Doğrusal Yaklaştırımlar L(x) = f (a) + f ′ (a)(x − a) (14) fonksiyonuna f fonksiyonunun a noktasındaki doğrusallaştırılması denir. x, a ya yakın olduğunda f (x) ≈ L(x) doğrusal yaklaştırımı gerçek değere yakındır. √ Örnek : f (x) = x + 3 fonksiyonunun a = 1 noktasındaki √ √ doğrusallaştırılmasını bulunuz ve bunu kullanarak 3.98 ve 4.05 sayılarının yaklaşık değerlerini hesaplayınız. Çözüm : f (x) = (x + 3)1/2 fonksiyonunun türevi 1 1 f ′ (x) = (x + 3)−1/2 = √ 2 2 x+3 dür. Buradan f (1) = 2 ve f ′ (1) = 41 elde ederiz. Bu değeri denklem 14 de yerine koyarsak doğrusallaştırmanın 7 x 1 L(x) = f (x) + f ′ (1)(x − 1) = 2 + (x − 1) = + 4 4 4 olduğunu görürüz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 85/ 99 Örnek... Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 86/ 99 Doğrusal Yaklaştırımlar 7 x + 4 4 Buna karşılık gelen (13) doğrusal yaklaştırımı L(x) = √ x+3≈ 7 x + 4 4 dür. Özel olarak, √ 3.98 ≈ 7 0.98 + = 1.995 4 4 ve √ 4.05 ≈ 7 1.05 + = 2.0125 4 4 olur. √ 3.98 = 1.99499 . . . Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak √ 4.05 = 2.01246 . . . MAT 1009 Matematik I 87/ 99 Örnekteki doğrusal yaklaştırım şekilde gösterilmiştir. Gerçekten x, 1 e yakın iken teğet doğru yaklaştırımının verilen fonksiyona iyi bir yaklaştırım √ √olduğunu görebilirsiniz. Elbette bir hesap makinesi 3.98 ve 4.05 in yaklaşık değerini bize verir, fakat doğrusal yaklaştırımlar tüm bir aralık üzerinde kullanılabilecek bir yaklaştırım verir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 88/ 99 Diferansiyeller Diferansiyeller Diferansiyellerin geometrik anlamı aşağıda gösterilmiştir. Türevlenebilir bir f fonksiyonu için, y = f (x) ise, dx diferansiyeli bağımsız bir değişkendir. Diğer bir deyişle, dx e herhangi bir gerçel sayı değeri verilebilir. Buradan dy diferansiyeli dy = f ′ (x)dx (15) denklemi ile dx cinsinden tanımlanır. Sonuç olarak dy bir bağımlı değişkendir; dy değişkeni x ve dx değerlerine bağlıdır. Eğer dx e özel bir değer verilir ve x, f nin tanım bölgesinden özel bir sayı olarak alınırsa, dy nin sayısal değeri bulunur. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 89/ 99 Diferansiyeller Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 90/ 99 Diferansiyeller P (x, f (x)) ve Q(x + ∆x, f (x + ∆x)), f nin grafiği üzerindeki noktalar ve dx = ∆x olsun. y deki değişimin karşılığı ∆y = f (x + ∆x) − f (x) P R teğet doğrusunun eğimi f ′ (x) türevidir. Dolayısıyla, S den R ye olan yönlü uzaklık f ′ (x)dx = dy dir. dir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 91/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 92/ 99 Diferansiyeller Diferansiyeller Sonuç olarak, x değeri dx miktarı kadar değiştiğinde, ∆y, y = f (x) eğrisinin artma yada azalma miktarını, dy ise teğet doğrusunun artma yada azalma miktarını (doğrusallaştırmadaki değişimi) göstermektedir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I Şekilden ∆x küçüldükçe ∆y ≈ dy yakalaşımının daha iyi olduğunu söyleyebiliriz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak 93/ 99 MAT 1009 Matematik I 94/ 99 Örnek Diferansiyeller Örneğin f (x) = Eğer dx = x − a yazarsak, x = a + dx olur ve (13) deki doğrusal yaklaştırımları diferansiyel gösterimi ile yeniden yazarsak √ x + 3 fonksiyonu için dx dy = f ′ (x)dx = √ 2 x+3 elde edilir. Eğer a = 1 ve dx = ∆x = 0.05 alırsak, f (a + dx) ≈ f (a) + dy dy = olur. ve √ 0.05 √ = 0.0125 2+ 1+3 4.05 = f (1.05) ≈ f (1) + dy = 2.0125 değerini buluruz. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 95/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 96/ 99 Örnek Örnek... Son örneğimiz, yaklaşık ölçümler sonucu meydana gelen hataları hesaplamada diferansiyellerin kullanımını göstermektedir. Örnek : Bir kürenin yarıçapı en fazla 0.05 cm lik ölçüm hatası ile 21 cm olarak ölçülmüştür. Yarıçap için bu değer kullanılırsa kürenin hacim hesabında yapılan maksimum hata ne olur? Çözüm: Kürenin yarıçapına r dersek, havim V = 43 πr3 dür. Eğer r nin ölçüm hatası dr = ∆r ile gösterilirse, V nin hacim hesabında buna karşı gelen hata ∆V dir ve dV = 4πr2 dr diferansiyeli ile yaklaştırılabilir. r = 21 ve dr = 0.05 alınırsa, dV = 4π(21)2 (0.05) ≈ 277 olur. Hacim hesabındaki maksimum hata yaklaşık 277 cm3 tür. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 97/ 99 Not Not: Örnekteki mümkün olabilecek hata oldukça büyük gözükmesine rağmen, bu hatanın büyüklüğü, hatanın toplam hacime bölünmesi ile elde edilen göreli hata ile daha iyi anlaşılır: ∆V dr dV 4πr2 dr ≈ = 4 3 =3 . V V r 3 πr Böylece, hacimdeki göreli hata, yarıçaptaki göreli hatanın yaklaşık 3 katı olur. Örnek te yarıçaptaki göreli hata yaklaşık olarak dr/r = 0.05/21 ≈ 0.0024 hacimdeki göreli hata ise yaklaşık 0.007 dir. Hatalar yarıçapta %0.24 ve hacimde %0.7 olmak üzere yüzdelik hata olarak da ifade edilebilir. Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 99/ 99 Öğr.Gör.Dr.Meltem Altunkaynak MAT 1009 Matematik I 98/ 99