AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №1206

Условие

Найти общее выражение для производной порядка \(\displaystyle{n}\) функции \(\displaystyle{y=\frac{1}{ax+b}}\).

Решение

Случай \(\displaystyle{a=0}\) рассматривается элементарно. Пусть \(\displaystyle{a\neq{0}}\).

\[ \begin{aligned} & y'=-a\cdot{(ax+b)^{-2}};\\ & y''=-1\cdot{(-2)}\cdot{a^2}\cdot{(ax+b)^{-3}};\\ & y'''=-1\cdot{(-2)}\cdot{(-3)}\cdot{a^3}\cdot{(ax+b)^{-4}}. \end{aligned} \]

Исходя из полученных результатов, можно предположить, что выражение для \(\displaystyle{y^{(n)}}\) будет таким:

\[ y^{(n)}=-1\cdot{(-2)}\cdot\ldots\cdot{(-n)}\cdot{a^n}\cdot(ax+b)^{-(n+1)} =(-1)^n\cdot{n!}\cdot{a^n}\cdot(ax+b)^{-n-1} \]
.

Докажем это методом математической индукции. При \(\displaystyle{n=1}\) равенство верно. Пусть оно верно и при \(\displaystyle{n=k}\), т.е. \(\displaystyle{y^{(k)}=(-1)^k\cdot{k!}\cdot{a^k}\cdot(ax+b)^{-k-1}}\). Проверим выполнение равенства при \(\displaystyle{n=k+1}\):

\[ y^{(k+1)} =\left((-1)^k\cdot{k!}\cdot{a^k}\cdot(ax+b)^{-k-1}\right)' =(-1)^{k+1}\cdot{(k+1)!}\cdot{a^{k+1}}\cdot(ax+b)^{-k-2} \]

Равенство истинно при \(\displaystyle{n=k+1}\), поэтому согласно методу математической индукции, формула \(\displaystyle{y^{(n)}=\frac{(-1)^n a^n n!}{(ax+b)^{n+1}}}\) верна при всех \(\displaystyle{n\in{N}}\).

Ответ:

\(\displaystyle{y^{(n)}=\frac{(-1)^n a^n n!}{(ax+b)^{n+1}}}\)

Источники задачи

Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №3Производная и дифференциал. Дифференциальное исчисление
Параграф №5Повторное дифференцирование
Задача №1035