Медицинская и биологическая физика
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Медикобиологические дисциплины
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Год издания: 2017
Кол-во страниц: 552
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-16-005338-7
ISBN-онлайн: 978-5-16-105685-1
Артикул: 164000.04.01
Доступ онлайн
В корзину
Рассмотрены физические процессы и явления, сопровождающие и обеспечивающие жизнедеятельность организма, а также физические основы как традиционных, так и современных методов диагностики и лечения. Использован удобный для усвоения порядок изложения материала: сначала физическая сторона изучаемого явления, а затем его медицинские и биологические приложения. В пособие включены также элементы высшей математики, теории вероятностей, основы статистики и корреляционного анализа в соответствии с типовой программой дисциплины.
Для студентов медицинских вузов. Может быть полезно аспирантам и студентам технических вузов, изучающим медицинскую и биологическую физику.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- Среднее профессиональное образование
- 31.02.01: Лечебное дело
- ВО - Бакалавриат
- 34.03.01: Сестринское дело
- ВО - Магистратура
- 32.04.01: Общественное здравоохранение
- ВО - Специалитет
- 30.05.01: Медицинская биохимия
- 30.05.02: Медицинская биофизика
- 30.05.03: Медицинская кибернетика
- 31.05.01: Лечебное дело
- 31.05.02: Педиатрия
- 31.05.03: Стоматология
- 32.05.01: Медико-профилактическое дело
- 33.05.01: Фармация
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ серия основана в 1 996 г. В.Г. ЛЕЩЕНКО Г.К. ИЛЬИЧ МЕДИЦИНСКАЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИКА Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов учреждений высшего образования по медицинским специальностям Минск «Новое знание» znanium.com Москва «ИНФРА-М» 2017
УДК [61:53+577.3](075.8) ББК 53.6я73 Л54 ФЗ Издание не подлежит маркировке № 436-ФЗ в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11 Рецензенты: кафедра медицинской и биологической физики Гродненского государственного медицинского университета (зав. кафедрой — кандидат физико-математических наук, доцент И.М. Бертель); зав. кафедрой «Конструирование и производство приборов» Белорусского национального технического университета, доктор технических наук, профессор М.Г. Киселев Лещенко, В.Г. Л54 Медицинская и биологическая физика : учеб. пособие / В.Г. Лещенко, Г.К. Ильич. — Минск : Новое знание ; М. : ИНФРА-М, 2017. — 552 с. : ил. — (Высшее образование). ISBN 978-985-475-456-7 (Новое знание). ISBN 978-5-16-005338-7 (ИНФРА-М, print). ISBN 978-5-16-105685-1 (ИНФРА-М, online). Рассмотрены физические процессы и явления, сопровождающие и обеспечивающие жизнедеятельность организма, а также физические основы как традиционных, так и современных методов диагностики и лечения. Использован удобный для усвоения порядок изложения материала: сначала физическая сторона изучаемого явления, а затем его медицинские и биологические приложения. В пособие включены также элементы высшей математики, теории вероятностей, основы статистики и корреляционного анализа в соответствии с типовой программой дисциплины. Для студентов медицинских вузов. Может быть полезно аспирантам и студентам технических вузов, изучающим медицинскую и биологическую физику. УДК [61:53+577.3](075.8) ББК 53.6я73 ISBN 978-985-475-456-7 (Новое знание) ISBN 978-5-16-005338-7 (ИНФРА-М, print) ISBN 978-5-16-105685-1 (ИНФРА-М, online) © Лещенко В.Г., Ильич Г.К., 2012 © ООО «Новое знание», 2012
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ........................................10 Глава 1. Элементы высшей математики 1.1. Производная функции........................... 12 1.2. Исследование функции с помощью производной. Нахождение экстремумов функции..................... 15 1.3. Дифференциал функции.......................... 17 1.4. Частные производные........................... 18 1.5. Частные дифференциалы. Полный дифференциал функции............................................ 19 1.6. Первообразная функция и неопределенный интеграл........................................... 21 1.7. Определенный интеграл......................... 21 1.8. Дифференциальные уравнения.................... 24 1.9. Этапы решения задач при использовании дифференциальных уравнений......................... 26 1.10. Примеры использования дифференциальных уравнений ......................................... 27 Контрольные вопросы и задания.................. 30 Глава 2. Основы теории вероятностей 2.1. Классическое и статистическое определение вероятности........................................ 31 2.2. Виды случайных событий........................ 33 2.3. Теоремы сложения и умножения вероятностей..... 34 2.4. Принципы вероятностных подходов к задачам диагностики и прогнозирования заболеваний.......... 37 Контрольные вопросы и задания.................. 40 Глава 3. Случайные величины и их распределение 3.1. Закон распределения дискретной случайной величины........................................... 42 3.2. Распределение непрерывной случайной величины. Плотность распределения вероятности................ 44 3.3. Числовые характеристики распределения случайных величин............................................ 46 3.4. Нормальный закон распределения случайной величины........................................... 50 Контрольные вопросы и задания................. 53
Оглавление Глава 4. Основы математической статистики 4.1. Предмет и задачи математической статистики. Генеральная и выборочная совокупность.............. 54 4.2. Статистическое распределение выборки.......... 56 4.3. Методы описательной статистики................ 64 4.4. Оценка параметров генеральной совокупности по параметрам выборки.............................. 66 4.5. Определение объема выборки при заданной точности интервальной оценки................................ 69 4.6. Понятие нормы для медицинских показателей.... 70 4.7. Элементы корреляционного анализа.............. 70 Контрольные вопросы и задания.................. 73 Глава 5. Элементы биомеханики 5.1. Кинематика и динамика движений человека....... 74 5.2. Виды деформаций и механические характеристики упругих тел........................................ 78 5.3. Механические свойства биотканей............... 84 Контрольные вопросы и задания.................. 93 Глава 6. Механические колебания и волны 6.1. Гармонические колебания....................... 95 6.2. Затухающие колебания.......................... 98 6.3. Вынужденные колебания........................ 100 6.4. Сложение гармонических колебаний............. 102 6.5. Разложение сложных колебаний в ряд Фурье..... 104 6.6. Принципы применения Фурье-анализа для обработки диагностических данных.............. 105 6.7. Механические волны........................... 107 6.8. Эффект Доплера............................... 110 Контрольные вопросы и задания................. 112 Глава 7. Акустика 7.1. Физические и физиологические характеристики звуковых волн..................................... 113 7.2. Область слышимости, порог слышимости и порог болевого ощущения................................. 116 7.3. Закон Вебера—Фехнера. Уровни интенсивности и уровни громкости звука.......................... 118 7.4. Отражение и поглощение акустических волн..... 120 7.5. Ультразвук и его медицинское применение. Инфразвук 122 Контрольные вопросы и задания................. 130
Оглавление 5 Глава 8. Свойства жидкостей. Поверхностные явления 8.1. Поверхностная энергия ....................... 132 8.2. Силы поверхностного натяжения................ 134 8.3. Добавочное давление под изогнутой поверхностью жидкости. Формула Лапласа......................... 136 8.4. Явление смачивания........................... 137 8.5. Капиллярные явления.......................... 139 8.6. Газовая эмболия.............................. 141 8.7. Роль альвеолярного сурфактанта в процессе дыхания........................................... 143 8.8. Методы определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей............................... 144 Контрольные вопросы и задания................. 147 Глава 9. Физические основы гемодинамики 9.1. Основные гидродинамические понятия и законы . . . . 149 9.2. Вязкость жидкости. Ньютоновские и неньютоновские жидкости......................... 156 9.3. Течение вязкой жидкости. Формула Пуазейля..... 158 9.4. Методы определения вязкости жидкости......... 161 9.5. Условия перехода ламинарного течения жидкости в турбулентное.................................... 165 9.6. Некоторые особенности движения крови по сосудам 166 9.7. Роль эластичности сосудов в системе кровообращения.Пульсовые волны.................... 170 9.8. Распределение давления и скорости кровотока в сосудистой системе.............................. 174 9.9. Некоторые методы определения давления и скорости крови.................................. 177 9.10. Работа и мощность сердца.................... 180 Контрольные вопросы и задания................. 182 Глава 10. Физические свойства и функции биологических мембран 10.1. Строение и физические свойства биологических мембран........................................... 184 10.2. Транспорт молекул и ионов через мембраны..... 190 10.3. Математическое описание пассивного транспорта. . . 195 10.4. Активный транспорт ионов.................... 198 Контрольные вопросы и задания................ 201
Оглавление Глава 11. Мембранные потенциалы клетки 11.1. Равновесные потенциалы Нернста.............. 202 11.2. Потенциал покоя клетки...................... 203 11.3. Возбуждение клетки. Генерация потенциала действия 207 11.4. Подпороговые раздражители и местные потенциалы 216 11.5. Распространение потенциала действия по аксонам. . . 217 Контрольные вопросы и задания................ 224 Глава 12. Электрические поля органов и тканей. Методы их регистрации 12.1. Электрическое поле и его характеристики..... 226 12.2. Электрический диполь и его поле............. 230 12.3. Физические основы электрографии органов и тканей.......................................... 236 Контрольные вопросы и задания................ 243 Глава 13. Электропроводимость биологических тканей и жидкостей для постоянного тока 13.1. Постоянный ток в электролитах............... 245 13.2. Особенности электропроводимости биологических тканей............................................ 248 13.3. Некоторые лечебные методы, основанные на использовании постоянного тока................. 251 Контрольные вопросы и задания................ 253 Глава 14. Переменный ток. Электрический импеданс живой ткани. Основы реографии 14.1. Основные характеристики переменного тока.... 254 14.2. Различные нагрузки в цепи переменного тока.. 255 14.3. Сопротивление живой ткани переменному току.. 261 14.4. Физические основы реографии................. 264 Контрольные вопросы и задания................ 268 Глава 15. Магнитное поле 15.1. Общие свойства и характеристики магнитного поля. . . 269 15.2. Силовое действие магнитного поля............ 273 15.3. Магнитный поток, закон электромагнитной индукции. . . 277 15.4. Самоиндукция. Индуктивность контура. Энергия магнитного поля................................... 279 15.5. Магнитные свойства веществ.................. 281
Оглавление 7 15.6. Магнитные свойства биотканей................ 283 15.7. Биологическое действие магнитного поля...... 285 Контрольные вопросы и задания................ 287 Глава 16. Основы электростимуляции тканей и органов 16.1. Параметры импульсных токов.................. 289 16.2. Физиологическое обоснование параметров импульсных токов при электростимуляции............. 292 16.3. Электростимуляция сердечной мышцы........... 298 Контрольные вопросы и задания................ 299 Глава 17. Использование электромагнитных полей высокой частоты в медицине 17.1. Тепловое действие ЭМП высокой частоты....... 301 17.2. Нетепловое действие ЭМП высоких частот...... 308 Контрольные вопросы и задания................ 311 Глава 18. Получение и регистрация биофизических данных 18.1. Регистрация биопотенциалов.................. 314 18.2. Регистрация неэлектрических параметров. Датчики. . . . 317 18.3. Усиление электрических сигналов............. 324 18.4. Регистрирующие устройства................... 332 Контрольные вопросы и задания................ 334 Глава 19. Общие свойства и поляризация электромагнитных волн 19.1. Общие свойства и шкала электромагнитных волн. . . 336 19.2. Виды поляризации электромагнитных волн...... 339 19.3. Методы получения поляризованного света...... 343 19.4. Прохождение света через поляризатор. Закон Малюса...................................... 349 19.5. Оптическая активность....................... 350 19.6. Методы исследования в поляризованном свете.. 351 Контрольные вопросы и задания................ 356 Глава 20. Тепловое излучение тел 20.1. Основные характеристики теплового излучения. . . . 358 20.2. Законы теплового излучения.................. 360 20.3. Излучение Солнца............................ 364
Оглавление 20.4. Инфракрасное излучение и его применение в медицине....................................... 365 20.5. Тепловое излучение тела человека........... 366 20.6. Понятие о термографии...................... 368 Контрольные вопросы и задания............... 369 Глава 21. Оптические спектры атомов и молекул 21.1. Поглощение света........................... 370 21.2. Рассеяние света............................ 374 21.3. Энергетические состояния атомов............ 377 21.4. Спектр атома водорода...................... 381 21.5. Спектры сложных атомов..................... 384 21.6. Спектры молекул............................ 387 21.7. Люминесценция.............................. 392 Контрольные вопросы и задания............... 401 Глава 22. Вынужденное излучение. Лазеры 22.1. Вынужденное излучение и его свойства....... 403 22.2. Условия усиления света. Лазеры............. 405 22.3. Применение лазерного излучения в медицине... 410 Контрольные вопросы и задания............... 411 Глава 23. Элементы фотобиологии 23.1. Фотобиологические процессы................. 413 23.2. Типы фотохимических реакций................ 416 23.3. Фотосенсибилизированные фотобиологические процессы......................................... 417 23.4. Основы фотодинамической терапии............ 419 Контрольные вопросы и задания............... 421 Глава 24. Биофизические основы зрения 24.1. Строение глаза............................. 422 24.2. Оптическая система глаза................... 424 24.3. Биофизические основы фоторецепции.......... 431 Контрольные вопросы и задания............... 441 Глава 25. Приборы для исследования микрообъектов 25.1. Линза...................................... 443 25.2. Лупа....................................... 449 25.3. Микроскоп.................................. 450 25.4. Электронный микроскоп...................... 453 25.5. Сканирующая зондовая микроскопия........... 458 Контрольные вопросы и задания............... 460
Оглавление 9 Глава 26. Электронный парамагнитный и ядерный магнитный резонанс 26.1. Свободные радикалы в биологических системах. . . . 462 26.2. Электронный парамагнитный резонанс.......... 464 26.3. Ядерный магнитный резонанс ................. 470 26.4. Принципы магнитно-резонансной томографии..... 475 Контрольные вопросы и задания................ 480 Глава 27. Рентгеновское излучение 27.1. Тормозное рентгеновское излучение........... 482 27.2. Характеристическое рентгеновское излучение... 486 27.3. Первичные эффекты взаимодействия рентгеновского излучения с веществом.............. 488 27.4. Ослабление рентгеновского излучения в веществе . . 490 27.5. Физические принципы рентгенодиагностики...... 492 Контрольные вопросы и задания................ 495 Глава 28. Радиоактивность 28.1. Основные характеристики ядер................ 497 28.2. Виды радиоактивного распада................. 500 28.3. Простейшие ядерные реакции. Получение радионуклидов..................................... 503 28.4. Основной закон радиоактивного распада. Активность радионуклидов.......................... 507 28.5. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом....................................... 512 28.6. Принципы радионуклидных методов диагностики. . . 517 28.7. Физические основы лучевой терапии........... 521 Контрольные вопросы и задания................ 524 Глава 29. Дозиметрия ионизирующих излучений 29.1. Дозы излучения.............................. 525 29.2. Принципы расчета доз внутреннего облучения... 534 29.3. Детекторы ионизирующих излучений............ 538 29.4. Дозиметрические приборы..................... 542 29.5. Естественный радиационный фон, фоновое облучение человека.......................................... 545 Контрольные вопросы и задания................ 548 Литература................................... 549
Предисловие При подготовке медицинских специалистов современного уровня постоянно увеличивается роль базовых естественных наук, что обусловлено внедрением новых технических решений в современную медицину. Это относится, в частности, к физике и связанным с ней смежным техническим дисциплинам (медицинская электроника, материаловедение и др.). Практически в каждой стратегической и утилитарной задаче современного медицинского образования можно отметить необходимость знания и понимания физических законов и явлений. Например, значительный прогресс в области морфологических наук и в связанных с ними методиках диагностики заболеваний стал возможен и благодаря использованию таких чисто физических методов, как оптическая и электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, рентгеновская и магнитно-резонансная томография, позитронно-эмиссионная томография и др. Что касается физиологических процессов, протекающих в организме, то еще великий физиолог И.П. Павлов подчеркивал, что понять механизм функционирования живого организма невозможно без знаний законов физики. Значительная часть современных методов диагностики заболеваний основана на физических методах, а их приборная реализация в виде физических устройств осуществляется средствами медицинской электроники. В лечебном процессе физические методы и аппаратура также нашли широкое применение. Вся физиотерапия основана на использовании дозированного воздействия на организм токов, полей и излучений. Возможности хирургического лечения заболеваний существенно расширяются благодаря использованию ультразвуковой, лазерной и высокочастотной техники. Палаты реанимации и интенсивной терапии оснащены специализированной физической аппаратурой, которую необходимо грамотно и безопасно эксплуатировать.
Предисловие 11 Оценка состояния окружающей человека среды и продуктов питания, определение их санитарно-гигиенических характеристик тоже осуществляется физическими методами и приборами наряду с биохимическими и микробиологическими технологиями. Необходимость грамотного количественного описания медико-биологических процессов и корректной обработки медицинских данных требует освоения будущими врачами определенных элементов математического аппарата, без которых невозможно овладеть современными медицинскими информационными технологиями. Поэтому наряду с физическими разделами в учебник включены элементы высшей математики, теории вероятностей и математической статистики. Из перечисленного следует, что важнейшим базовым элементом для усвоения современных методов диагностики и лечения заболеваний, контроля окружающей среды и других медицинских задач является комплекс физико-математических знаний, который и рассматривается в курсе медицинской и биологической физики. Главы 1, 6, 7, 9, 13, 14, 27, 28 и 29 учебника написаны доцентом Г.К. Ильичом, остальные — доцентом В.Г. Лещенко. Авторы выражают глубокую признательность доценту Н.И. Инсаровой за ценные замечания и существенный личный вклад при подготовке глав «Основы теории вероятностей», «Основы математической статистики», «Элементы биомеханики», а также искренне благодарны доктору технических наук профессору М.Г. Киселеву, кандидату физико-математических наук доценту И.М. Бертелю и кандидату технических наук доценту Н.Т. Минчене за нелегкий труд по рецензированию данного учебника.
Глава 1 Элементы высшей математики Математические методы долгое время плодотворно используются в медицине для количественного описания и моделирования физиологических процессов, обработки и анализа медицинских данных, создания моделей возникновения, развития и прогнозирования заболеваний, для решения других важнейших задач. Даже для общего знакомства с принципами и возможностями медицинского применения математических методов необходимо иметь представление соответствующем математическом аппарате, в частности об основополагающих разделах высшей математики — дифференциальном и интегральном исчислении. 1.1. Производная функции Количественно описать сложные изменяющиеся процессы жизнедеятельности с помощью элементарной математики невозможно, поскольку используемые для этой цели математические величины должны сами обладать способностью к «движению». Высшая математика, в отличие от элементарной, оперирует зависимостями и величинами, подверженными изменениям, происходящим по определенным законам. Рис. 1.1. Геометрический смысл производной Величиной, определяющей темп изменения функциональных зависимостей в высшей математике, является производная функции. Для пояснения этого понятия рассмотрим рис. 1.1, где графически представлена некоторая произвольная функциональная зависимость У = f (x) ■ Отметим на графике некоторые значения аргумента х 1 и
1.1. Производная функции 13 х₂, разница между которыми есть приращение аргумента: Ax = х₂ - х 1. Приращение функции равно: Ay = у₂ - у 1. Для непрерывных функций, если Ax ^ 0, то и Aу ^ 0. Однако к ________ _______. . А у ___ ____ _ _ , чему стремится отношение ---------------------- при неограниченном убыва- А x нии Ax заранее сказать нельзя, это зависит от конкретного вида функции у(x) и характеризует темп ее изменения. Производной функции в данной точке называют предел отношения приращения функции к приращению аргумента при его неограниченном убывании. Производная функции одного аргумента обозначается у' или -^y-. Таким образом, dx , dy . .Aу у ' = —= lim — dx Ax >⁰ Ax (1.1) Производная функции имеет простой геометрический смысл. Из рис. 1.1 видно, что отношение A у A x BC = tg a, AC где a — угол наклона секущей AB к оси абсцисс. Если Ax неограниченно убывает (х₂ стремится к х 1), то секущая вырождается в касательную к графику функции в точке А, наклоненную к оси абсцисс под углом a₀: lim — = tg a₀. Ax>0 Ax (1.2) Таким образом, геометрический смысл производной состоит в том, что тангенс угла между касательной, проведенной к графику функции в данной точке, и осью абсцисс численно равен значению производной функции в данной точке. К физическому смыслу производной подойдем, рассмотрев механическое движение. Если за время At тело проходит путь AS, то средняя скорость движения за это время v =AS ср A t
1. Элементы высшей математики Но на пути AS скорость может иметь различные мгновенные значения (vмгн), которые определяются как предел отношения AS к At при At ^ 0: A S A t d S d t V мгн = lim A t ^ 0 (1.3) Следовательно, мгновенная скорость движения в данной точке представляет собой значение в данный момент времени производной от пути по времени. Итак, производная по времени имеет смысл скорости некоторого процесса. Если рассматривается ускорение (а) механического прямолинейного движения, то мгновенное ускорение представляет собой первую производную от скорости или вторую производную от пути: a мгн dv = d Г dS V d² S dt dt \ dt ) dt² (1.4) Следовательно, вторая производная пути по времени имеет физический смысл ускорения. Если некоторая величина у зависит от пространственной координаты х, то производная — характеризует скорость dx пространственного изменения величины у. Производная функции по пространственной координате называется градиентом этой функции. Поясним смысл градиента. Например, некоторое вещество неравномерно распределено вдоль координаты x, т.е. его концентрация С является некоторой функцией х (рис. 1.2). Тогда скорость изменения концентрации вдоль х определяется производной dC и dx называется градиентом концентрации. Аналогично существуют градиенты давления, темпе- dC gr&dC⁼dx Молекулярные вещества Рис. 1.2. Пояснение понятия «градиент концентрации»
1.2. Исследование функции с помощью производной 15 ратуры и других величин. В физике и математике градиент df dx — это вектор, который направлен в сторону возрастания величины f. Градиенты характеризуют неравномерность распределения величины в пространстве и являются одной из первопричин обменных процессов, происходящих в физических и биологических системах. Так, наличие градиента концентрации является причиной и количественной мерой диффузии, заставляющей молекулы вещества распределяться более равномерно, перемещаясь в направлении меньшей концентрации, т.е. противоположно вектору градиента концентрации. Аналогично перенос тепла в некотором направлении (теплообмен) возникает при наличии градиента температуры; движение электрически заряженных частиц побуждается градиентом электропотен циала и т.п. 1.2. Исследование функции с помощью производной. Нахождение экстремумов функции Для исследования функции у(x) широко применяются ее производные у'(x) и у"(x). Их используют для нахождения областей возрастания и убывания функции, для нахождения и исследования ее экстремумов. В точках экстремумов производная функции у'(x) всегда равна нулю. Эти точки, а также точки разрывов функции делят всю область ее определения на участки, в которых знак производной сохраняется постоянным (рис. 1.3): > если у'(х) < 0, то функция у(x) на этом участке убывает: (x 1, x2), (c, d); > если у'(х) > 0, то функция у(x) на этом участке возрастает : (а, х 1), (х₂, х₃) и (х₃, b); > если у'(х) = 0, то функция у(x) на этом участке постоянна : (b, c).
1. Элементы высшей математики Рис. 1.3. Максимум (х 1, у 1), минимум (х₂, у₂) функции, области ее возрастания (+), убывания (-) и постоянства (bc). Сверху проставлены знаки и нули производной функции Если у'(х) = 0 только в отдельных точках х 1, х₂, х₃, ..., то функция в этих точках может иметь экстремум, т.е. максимум или минимум. Функция у = f(x) имеет максимум в точке х 1, если ее значение в этой точке больше значений функции в любых ближайших соседних точках: f(x 1) > f(x 1 - Ax) и f(x 1) > f(x 1 + Ax). Функция у = f(x) имеет минимум в точке х₂, если ее значение в этой точке меньше значений функции в любых ближайших соседних точках: f(x₂) < f(x₂ - Ax) и f(x₂) < f(x₂ + Ax). Как уже отмечалось, в точках экстремумов производная функции всегда равна нулю: у'(x) = 0. Это свойство и используют для нахождения экстремумов функции. Порядок исследования функции у = f(x) на экстремум: 1. Найти производную функции у'(x). 2. Решить уравнение у'(x) = 0. Корни этого уравнения х 1, х₂, х₃, ..., xₙ являются точками, подозрительными на наличие экстремума функции. 3. Для установления вида экстремума в этих точках пользуются двумя способами. 1-й способ. Определить знак производной у'(x) слева и справа от подозрительной точки х₁г т.е. в соседних точках (xi - Ax) и (xi + Ax):
1.3. Дифференциал функции 1 7 > если при переходе через подозрительную точку xi знак производной изменяется с «-» на «+», т.е. у'(xi - Ax) < 0, а у'(xi + Ax) > 0, то в точке xi будет минимум функции ⁽⁻, ⁰, ⁺⁾; > если при переходе через подозрительную точку xi знак производной изменяется с «+» на «-», т.е. у'(xi - Ax) > 0, а у'(xi + Ax) < 0, то в точке xi максимум функции (+, 0, -); > если при переходе через подозрительную точку xi знак производной не изменяется (-, 0, -) или (+, 0, +), то в точке xi экстремума нет. 2-й способ. Найти вторую производную у"(x) исследуемой функции и определить ее знак в подозрительных точках: > если у"(xi) < 0, то в точке xi будет максимум функции; > если у"(xi) > 0, то в точке xi будет минимум функции; > если у"(xi) = 0, то экстремум функции в точке xi нс определен и необходимо воспользоваться 1-м способом Второй способ обычно менее трудоемкий и поэтому более предпочтительный. 1.3. Дифференциал функции Дифференциалом аргумента dx называют приращение аргумента Ax, т.е. dx = Ax. Дифференциалом функции dу называют произведение производной функции на приращение (или дифференциал) аргумента: dу = у 'A x = у' dx. (1.5) Дифференциал функции dу не равен ее приращению Aу, но представляет собой его главную часть. В этом заключается его аналитический смысл. При малых приращениях аргумента можно считать, что Aу ® dу. Из смысла дифференциала следует его важное практическое применение: дифференциал функции позволяет приближенно определить, насколько изменяется функция при небольших изменениях ее аргумента.
Доступ онлайн
В корзину