مواضيع المحاضرة: المشتقات
background image

1

Chapter three

Derivatives

   Let   y = f ( x ) be a function of . If the limit :

                            

x

y

lim

x

)

x

(

f

)

x

x

(

f

lim

)

x

(

'

f

dx

dy

o

x

0

x

exists and is finite , we  call this limit the derivative of   f  at and say 

that  is differentiable at .

EX-1 – Find the derivative  of the function :

3

x

2

1

)

x

(

f

Sol.:

3

0

x

0

x

0

x

0

x

)

3

x

2

(

1

)

3

x

2

3

x

2

)(

3

x

2

(

2

)

3

)

x

x

(

2

3

x

2

(

3

x

2

3

)

x

x

(

2

.

x

)

3

)

x

x

(

2

(

)

3

x

2

(

lim

3

)

x

x

(

2

3

x

2

3

)

x

x

(

2

3

x

2

.

3

x

2

3

)

x

x

(

2

.

x

3

)

x

x

(

2

3

x

2

lim

x

3

x

2

1

3

)

x

x

(

2

1

lim

x

)

x

(

f

)

x

x

(

f

lim

)

x

(

'

f

Rules  of  derivatives :

Let  and  n    are  constants,  u ,  v and  are 

differentiable functions of x :

1.       

0

c

dx

d

2.     

dx

du

u

1

u

1

dx

d

dx

du

nu

u

dx

d

2

1

n

n

3.     

dx

du

c

cu

dx

d

4.

      

dx

dv

dx

du

)

v

u

(

dx

d

;

dx

dw

dx

dv

dx

du

)

w

v

u

(

dx

d

5.

       

dx

du

v

dx

dv

.

u

)

v

.

u

(

dx

d


background image

2

                 

and

    

dx

du

w

.

v

dx

dv

w

.

u

dx

dw

v

.

u

)

w

.

v

.

u

(

dx

d

6.    

0

v

where

v

dx

dv

u

dx

du

v

v

u

dx

d

2

EX-2-  Find 

dx

dy

for the following functions :

2

x

x

1

x

y

)

f

x

)

1

x

x

)(

x

x

(

y

)

e

x

3

x

4

x

12

y

)

d

     

)

x

6

x

3

x

2

(

y

)

c

)

x

2

4

)(

x

5

(

y

)

b

)

1

x

(

y

)

a

2

2

3

2

2

4

3

5

2

3

2

5

2

Sol.-  



)

7

x

2

)(

x

2

)(

x

5

(

8

)

x

2

4

(

)

x

5

(

2

)

x

2

4

)(

x

5

(

2

dx

dy

)

b

)

1

x

(

x

10

x

2

.

)

1

x

(

5

dx

dy

)

a

4

2

4

2

5

4

2

5

4

2

4

3

1

2

6

2

3

2

6

2

3

x

12

x

12

x

12

dx

dy

x

12

x

12

x

12

dx

dy

x

3

x

4

x

12

y

)

d

)

1

x

x

(

)

x

6

x

3

x

2

(

30

)

6

x

6

x

6

(

)

x

6

x

3

x

2

(

5

dx

dy

)

c

4

6

2

2

2

3

3

2

x

3

x

)

1

x

x

)(

1

x

(

x

3

)

1

x

2

)(

1

x

(

)

1

x

x

(

x

dx

dy

x

)

1

x

x

)(

1

x

(

y

)

e

2

2

2

2

2

2

2

)

2

x

x

(

1

x

2

x

)

2

x

x

(

)

1

x

2

)(

1

x

(

)

2

x

x

(

x

2

dx

dy

)

f


background image

3

The Chain Rule:  

  1.  Suppose  that      h  =  g

o

f    is  the  composite  of  the  differentiable 

functions   y = g( t ) and    x = f( t )  , then   h  is a differentiable
functions of  x
  whose derivative at each value of  x  is :

2.  If  y  is a differentiable function of  t  and  t   is differentiable 

function of , then  y  is a differentiable function of  :

EX-3 – Use the chain rule to express dy / dx  in terms of  and  :

2

x

at

x

1

1

t

and

t

1

1

y

)

d

2

t

at

1

t

1

x

and

1

t

1

t

y

)

c

1

t

4

x

and

1

t

1

y

)

b

1

x

2

t

and

1

t

t

y

)

a

2

2

2

2

2

Sol.-

2

2

2

2

2

1

2

1

2

2

2

2

2

2

2

2

)

1

x

(

2

1

1

x

2

1

.

)

1

)

1

x

2

((

1

x

2

2

1

x

2

1

.

)

1

t

(

t

2

dx

dt

.

dt

dy

dx

dy

1

x

2

1

2

.

)

1

x

2

.(

2

1

dx

dt

)

1

x

2

(

t

)

1

t

(

t

2

)

1

t

(

t.

t

2

)

1

t

(

t

2

dt

dy

1

t

t

y

)

a

dt

dx

dt

dy

dx

dy

dx

dt

*

dt

dy

dx

dy

)

x

(

f

t

and

)

t

(

g

y


background image

4

y

1

1

t

1

t

1

y

where

4

1

x

t

1

t

4

x

where

4

)

1

x

(

xy

y

1

x

.

4

1

x

)

1

t

(

1

t

4

t

1

t

4

2

)

1

t

(

t

2

dt

dx

dt

dy

dx

dy

1

t

4

2

4

.

)

1

t

4

(

2

1

dt

dx

)

1

t

4

(

x

)

1

t

(

t

2

)

1

t

(

t

2

dx

dy

)

1

t

(

y

)

b

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

1

2

1

2

2

2

2

1

2

27

16

4

1

27

4

dt

dx

dt

dy

dx

dy

4

1

2

2

dt

dx

t

2

dt

dx

1

t

1

x

27

4

)

1

2

(

)

1

2

(

4

dt

dy

)

1

t

(

)

1

t

(

4

)

1

t

(

)

1

t

(

1

t

1

t

1

t

2

dt

dy

1

t

1

t

y

)

c

2

t

2

t

3

2

t

3

2

3

2

t

3

2

2

 

















1

1

*

1

dx

dt

.

dt

dy

dx

dy

1

)

2

1

(

1

dx

dt

)

x

1

(

1

)

1

(

)

x

1

(

dx

dt

)

x

1

(

t

1

)

1

(

1

dt

dy

t

1

dt

dy

t

1

1

y

2

x

at

1

2

1

1

x

1

1

t

)

d

2

x

2

x

2

x

2

2

x

2

2

1

2

1

t

2





















Higher derivatives : If a function y = f( x ) possesses a derivative at every 

point  of  some  interval  ,  we  may  form  the  function  f '(x) and  talk 


background image

5

about its derivate , if it has one . The procedure is formally identical 
with that used before , that is :

x

)

x

(

f

)

x

x

(

f

lim

)

x

(

f

dx

d

dx

dy

dx

d

dx

y

d

0

x

2

2

   

if the limit exists .

  This derivative is called the second derivative of  y  with respect to  
It is written in a number of ways , for example,

            y'' , f ''(x) , or 

2

2

dx

)

x

(

f

d

.

  In the same manner we may define third and higher derivatives , 
using similar notations . The nth 
derivative may be written :

         

n

n

)

n

(

)

n

(

dx

y

d

,

)

x

(

f

,

y

EX-4- Find all derivatives of the following function :

  y = 3x

3

- 4x

2

+ 7x + 10

Sol.-  

....

dx

y

d

0

dx

y

d

,

   

18

dx

y

d

8

x

18

dx

y

d

,

7

x

8

x

9

dx

dy

5

5

4

4

3

3

2

2

2

Ex-5 – Find the third derivative of the following function :

3

x

x

1

y

Sol.-

     

3

4

3

3

2

3

4

3

3

2

1

3

2

2

2

1

2

x

8

3

x

6

dx

y

d

    

x

8

3

x

6

dx

y

d

x

4

3

x

2

dx

y

d

x

2

3

x

1

dx

dy


background image

6

Implicit Differentiation: If the formula for f  is an algebraic combination 

of powers of and . To calculate the derivatives of these implicitly 
defined functions , we simply differentiate both sides of the defining 
equation with respect to 
.

EX-6- Find  

dx

dy

  for the following functions:

       

P(3,2)

at

  

2

5y

-

2x

xy

d)

    

          

P(3,1)

  

at

  

2

y

2

x

y

x

)

c

y

x

)

y

x

(

y)

(x

)

b

          

          

y

x

y

.

x

)

a

4

4

3

3

2

2

2

2

Sol.  

3

2

2

3

3

2

2

2

2

3

3

3

2

2

2

2

2

2

y

2

xy

6

y

3

x

3

x

2

dx

dy

y

4

)

y

x

(

3

)

y

x

(

3

)

y

x

(

3

)

y

x

(

3

x

4

dx

dy

  

          

dx

dy

y

4

x

4

)

dx

dy

1

(

)

y

x

(

3

)

dx

dy

1

(

y)

 3(x

)

b

        

          

          

y

y

x

xy

x

dx

dy

dx

dy

y

2

x

2

)

x

2

(

y

)

dx

dy

y

2

(

x

)

a

       

2

3

5

2

2

dx

dy

x

5

2

y

dx

dy

0

dx

dy

5

2

y

dx

dy

x

  

)

d

3

1

dx

dy

x

y

dx

dy

0

)

y

2

x

(

)

dx

dy

2

1

)(

y

x

(

)

dx

dy

-

2y)(1

-

(x

  

)

c

)

2

,

3

(

)

1

,

3

(

2









Exponential functions :  If is any differentiable function of , then :  

  

dx

du

.

e

e

dx

d

     

and

        

dx

du

.

a

.ln

a

a

dx

d

    

)

7

u

u

u

u


background image

7

EX-7 –Find  

dx

dy

  for the following functions : 

2

2

5x

1

x

2

x

x

x

3x

e

y

  

)

f

    

          

e

y

  

e)

x.2

y

  

)

d

  

          

   

)

2

(

y

  

c)

.3

2

y

  

b)

  

          

       

2

y

  

)

a

)

e

(x

5x

Sol.-

2

x

5

1

2

1

2

)

5x

(1

)

5x

(1

x

5

)

e

(x

)

e

(x

2

x

x

x

x

1

x

2

x

2

x

2

2

x

x

x

x

x

x

3

3x

x

5

1

x

5

e

x

10

.

)

x

5

1

(

2

1

e

dx

dy

e

y

  

)

f

      

          

          

          

          

)

e

5

1

(

e

dx

dy

e

y

  

)

e

          

          

1)

ln2

(2x

2

2

ln2.2x

x.2

dx

dy

x.2

y

)

d

     

          

          

2

ln

2

2

.

2

ln

2

dx

dy

2

y

)

(2

y

  

)

c

        

          

          

          

          

6

ln

.

6

dx

dy

6

y

3

.

2

y

  

)

b

          

          

          

          

          

          

2

ln

3

*

2

dx

dy

2

y

  

)

a

2

2

1

2

2

1

2

5x

5x

2

2

2

2

Logarithm functions :  If is any differentiable function of , then :

dx

du

.

u

1

u

ln

dx

d

       

and

         

dx

du

.

a

.ln

u

1

u

log

dx

d

  

)

8

a

EX-8 – Find  

dx

dy

  for the following functions : 

2

3

2

5

2

3

2

3

3

2

2

3

2

2

2

5

x

10

)

3

x

4

x

7

(

)

3

x

2

.(

)

4

(2x

y

  

f)

       

         

1

ln(xy)

y

  

)

e

       

)

2

ln(x

y

  

)

d

)

1

x

3

(

log

y

  

)

c

         

)

1

x

(

log

y

  

)

b

  

          

e

log

y

  

)

a

Sol. –


background image

8

     

          

2

x

)

2

x

ln(

x

48

x

2

.

2

x

2

)

2

x

ln(

2

3

dx

dy

  

d)

      

2

ln

)

1

x

3

(

x

18

2

ln

x

6

.

1

x

3

3

dx

dy

)

1

x

3

(

log

3

y

  

)

c

    

          

5

ln

)

1

x

(

2

dx

dy

)

1

x

(

log

2

)

1

x

(

log

y

  

)

b

       

10

ln

1

10

ln

e

ln

e

log

dx

dy

e

log

x

y

e

log

y

  

)

a

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

5

2

5

10

10

x

10

3

x

4

x

7

4

x

21

3

x

2

x

5

4

x

2

x

2

y

2

dx

dy

3

x

4

x

7

4

x

21

.

2

3

x

2

x

4

.

2

5

4

x

2

x

6

.

3

2

dx

dy

.

y

1

      

  

)

3

x

4

x

7

ln(

2

)

3

x

2

ln(

2

5

)

4

x

2

ln(

3

2

lny

  

)

f

)

1

y

(

x

y

dx

dy

0

dx

dy

.

y

1

x

1

dx

dy

1

lny

lnx

y

  

)

e

3

2

2

3

2

3

2

2

3

2

3

2

3

Trigonometric functions : If is any differentiable function of , then :

dx

du

scu.cotu.

c

cscu

dx

d

  

)

14

    

dx

du

secu.tanu.

secu

dx

d

  

)

13

        

dx

du

u.

sc

c

cotu

dx

d

  

)

12

          

dx

du

u.

sec

tanu

dx

d

  

)

11

         

dx

du

u.

sin

cosu

dx

d

  

)

10

  

          

dx

du

cosu.

inu

s

dx

d

   

)

9

  

2

2

     EX-9-  Find  

dx

dy

  for the following functions :


background image

9

x

tan

x

sec

y

  

f)

         

0         

tan(xy)

x

  

)

e

   

)

x

(cos

tan

y

  

)

d

          

2

x

xCos

2

x

2sin

y

  

c)

cotx)

(cscx

y

  

b)

          

          

)

tan(3x

y

  

)

a

4

4

2

2

2

Sol.-

          

          

          

2

x

sin

.

2

x

2

x

cos

2

1

).

2

x

sin

(

x

2

1

.

2

x

cos

2

dx

dy

  

)

c

     

)

x

cot

x

.(csc

x

csc

2

)

x

csc

x

cot

.

x

csc

)(

x

cot

x

(csc

2

dx

dy

  

)

b

        

          

          

          

          

          

)

x

3

(

sec

.

x

6

x

6

).

x

3

(

sec

dx

dy

  

)

a

2

2

2

2

2

2





   

          

          

          

          

          

x

sec

.

x

tan

4

x

sec

.

x

tan

.

4

x

tan

.

x

sec

.

x

sec

4

dx

dy

  

)

f

         

          

          

x

y

)

xy

(

cos

)

xy

(

sec

.

x

)

xy

(

sec

.

y

1

dx

dy

0

)

y

dx

dy

x

).(

xy

(

sec

1

  

)

e

       

          

          

)

x

(cos

sec

).

x

tan(cos

.

x

sin

.

2

)

x

sin

).(

x

(cos

sec

).

x

tan(cos

.

2

dx

dy

  

)

d

2

2

3

3

2

2

2

2

2

2

EX-10- Prove that :    

dx

du

.

u

tan

.

u

sec

u

sec

dx

d

  

)

b

      

          

dx

du

.

u

sec

u

tan

dx

d

  

)

a

2

Proof :  

          

.

S

.

H

.

R

dx

du

.

u

tan

.

u

sec

dx

du

.

u

cos

u

sin

.

u

cos

1

   

          

          

dx

du

)

u

sin

(

u

cos

1

u

cos

1

dx

d

u

sec

dx

d

.

S

.

H

.

L

)

b

.

S

.

H

.

R

dx

du

.

u

sec

dx

du

.

u

cos

1

dx

du

.

u

cos

u

sin

u

cos

   

u

cos

dx

du

)

u

sin

.(

u

sin

dx

du

.

u

cos

.

u

cos

u

cos

u

sin

dx

d

u

tan

dx

d

.

S

.

H

.

L

)

a

2

2

2

2

2

2

2

The inverse trigonometric functions :  If is any differentiable function 


background image

10

                                                                 of ,   then :

EX-11- Find  

dx

dy

  in each of the following functions :

Sol. 

  

x

)

1

x

(

1

)

1

x

(

1

).

1

x

(

1

).

1

x

(

.

1

x

1

x

1

1

dx

dy

)

b

          

x

4

4

2

1

.

2

x

1

1

x

1

.

2

x

2

1

1

dx

dy

)

a

2

2

2

2

2

2

 

        

          

          

1

x

25

x

1

1

x

25

x

5

5

dx

dy

)

d

x

2

cos

x

4

1

x

8

.

4

1

x

2

cos

x

4

1

2

x

dx

dy

)

c

2

2

1

2

1

2

1

u

dx

du

1

u

u

1

u

csc

dx

d

)

20

1

u

   

dx

du

1

u

u

1

u

sec

dx

d

)

19

      

dx

du

u

1

1

u

cot

dx

d

)

18

          

dx

du

u

1

1

u

tan

dx

d

)

17

1

u

1

    

dx

du

u

1

1

u

cos

dx

d

)

16

1

u

1

       

dx

du

u

1

1

u

sin

dx

d

)

15

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

      

3

y

  

)

f

   

          

          

)

x

x.ln(sec

y

  

)

e

    

x

5

sec

y

  

)

d

      

x

4

1

2

1

x

2

x.cos

y

  

)

c

1

x

1

x

in

s

y

  

)

b

       

          

2

x

tan

x

2

cot

y

  

)

a

x

2

sin

1

-

1

-

2

1

-

1

-

1

1

-

1

-


background image

11

          

          

          

          

          

          

          

x

4

1

2

.

3

ln

.

3

dx

dy

)

f

      

)

x

ln(sec

x

sec

.

1

x

1

)

x

ln(sec

1

x

x

1

x

sec

x

dx

dy

)

e

2

x

2

sin

1

1

2

1

2

1

1

EX-12-   Prove that :

dx

du

u

1

1

u

tan

dx

d

  

)

b

   

          

dx

du

u

1

1

u

sin

dx

d

)

a

2

1

2

1

Proof : a)

dx

du

u

1

1

u

sin

dx

d

dx

du

u

1

1

dx

dy

   

          

          

          

dx

dy

u

1

dx

dy

.

y

cos

dx

du

y

sin

u

u

sin

y

  

Let

2

1

2

2

1

-

b)

dx

du

.

u

1

1

u

tan

dx

d

dx

du

.

u

1

1

dx

dy

          

          

dx

dy

u

1

dx

du

.

sec

dx

du

tany

u

u

tan

y

Let

2

1

2

2

2

2

1

-

y

u

1

2

u

1

y

u

2

u

-

1

1


background image

12

Hyperbolic functions : If is any differentiable function of , then :

  

dx

du

.

u

coth

.

u

h

csc

hu

csc

dx

d

)

26

  

dx

du

.

u

tanh

.

u

h

sec

hu

sec

dx

d

)

25

    

          

dx

du

.

u

h

csc

u

coth

dx

d

)

24

       

          

dx

du

.

u

h

sec

u

tanh

dx

d

)

23

         

          

dx

du

.

u

sinh

u

cosh

dx

d

)

22

         

          

dx

du

.

u

cosh

u

sinh

dx

d

)

21

2

2

EX-13 - Find  

dx

dy

  for the following functions :

  

       

          

x

csch

y

  

)

f

    

          

x

sech

y

  

)

e

x

2

cosh

.

2

1

-

x.sinh2x

y

  

)

d

    

          

2

x

tanh

ln

y

  

)

c

         

)

x

(tanh

sin

y

  

)

b

          

coth(tanx)

y

  

)

a

2

3

-1

Sol. -

    

x

h

csc

x

sinh

1

2

x

cosh

.

2

x

sinh

2

1

   

          

          

          

          

          

          

          

          

2

x

cosh

2

x

sinh

.

2

2

x

cosh

1

2

1

.

2

x

h

sec

2

x

tanh

1

dx

dy

   

)

c

     

          

          

          

          

          

          

x

h

sec

x

h

sec

x

h

sec

x

tanh

1

x

h

sec

dx

dy

   

)

b

        

          

          

          

          

          

          

          

          

x

sec

).

x

(tan

h

csc

dx

dy

  

)

a

2

2

2

2

2

2

2

2


background image

13

        

x

coth

.

x

h

csc

2

)

x

coth

.

x

h

csc

(

x

h

csc

2

dx

dy

  

)

f

     

x

tanh

.

x

h

sec

3

)

x

tanh

.

x

h

sec

(

x

h

sec

3

dx

dy

  

)

e

    

x

2

cosh

x

2

2

.

x

2

sinh

2

1

x

2

sinh

2

.

x

2

cosh

x

dx

dy

  

)

d

2

3

2

EX-14- Show that the functions :

3

t

cosh

3

t

sinh

3

1

y

     

and

     

3

t

sinh

3

2

x

Taken together , satisfy the differential equations :

0

y

dt

dy

dt

dx

)

ii

and

0

x

dt

dy

2

dt

dx

)

i

Proof -

3

t

sinh

3

1

3

t

cosh

3

1

dt

dy

3

t

cosh

3

t

sinh

3

1

y

       

          

          

          

3

t

cosh

3

2

dt

dx

3

t

sinh

3

2

x

0

3

t

cosh

3

t

sinh

3

1

3

t

sinh

3

1

3

t

cosh

3

1

3

t

cosh

3

2

y

dt

dy

dt

dx

)

ii

     

0

3

t

sinh

3

2

3

t

sinh

3

2

3

t

cosh

3

2

3

t

cosh

3

2

x

dt

dy

2

dt

dx

  

)

i

EX-15 - Prove that :

dx

du

.

u

tanh

.

u

h

sec

u

h

sec

dx

d

)

b

   

and

   

dx

du

.

u

h

sec

u

tanh

dx

d

)

a

2

Proof-

         

          

          

dx

du

.

u

tanh

.

u

h

sec

dx

du

.

u

sinh

.

u

cosh

1

u

cosh

1

dx

d

)

b

dx

du

.

u

h

sec

dx

du

.

u

cosh

1

u

cosh

dx

du

)

u

sinh

u

(cosh

       

          

u

cosh

dx

du

.

u

sinh

.

u

sinh

dx

du

.

u

cosh

.

u

cosh

u

cosh

u

sinh

dx

d

u

tanh

dx

d

)

a

2

2

2

2

2

2

2


background image

14

The inverse hyperbolic functions : If is any differentiable function of ,   
                                                    
       then :

EX-16 - Find  

dx

dy

  for the following functions :

)

x

2

(sin

sech

y

  

)

d

          

)

x

(sec

coth

y

  

)

c

  

)

x

(cos

tanh

y

  

)

b

          

)

x

(sec

cosh

y

  

)

a

1

-

1

-

-1

-1

    Sol.-  

0

x

tan

where

x

sec

x

tan

x

tan

.

x

sec

1

x

sec

x

tan

.

x

sec

dx

dy

)

a

2

2

x

csc

x

sin

x

sin

x

cos

1

x

sin

dx

dy

)

b

2

2

     

x

csc

x

tan

x

tan

.

x

sec

x

sec

1

x

tan

.

x

sec

dx

dy

)

c

2

2

          

0

x

2

cos

where

x

2

csc

2

x

2

sin

1

.

x

2

sin

x

2

cos

.

2

dx

dy

)

d

2

EX-17 – Verify the following formulas :

1

u

dx

du

.

u

1

1

u

tanh

dx

d

)

b

   

          

dx

du

.

1

u

1

u

cosh

dx

d

)

a

2

1

2

1

dx

du

u

1

u

1

u

h

csc

dx

d

)

32

  

dx

du

u

1

u

1

u

h

sec

dx

d

)

31

1

u

  

          

dx

du

u

1

1

u

coth

dx

d

)

30

1

u

          

dx

du

u

1

1

u

tanh

dx

d

)

29

         

dx

du

1

u

1

u

cosh

dx

d

)

28

        

dx

du

u

1

1

u

sinh

dx

d

)

27

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1


background image

15

Proof   

        

          

dx

du

.

1

u

1

u

cosh

dx

d

dx

du

.

1

u

1

dx

dy

  

1

u

y

sinh

1

y

sinh

u

1

y

sinh

y

cosh

          

          

          

          

dx

du

.

y

sinh

1

dx

dy

dx

dy

.

y

sinh

dx

du

         

          

          

          

          

y

cosh

u

u

cosh

y

  

Let

)

a

2

1

2

2

2

2

2

2

-1

    

          

          

dx

du

.

u

1

1

u

tanh

dx

d

dx

du

.

u

1

1

dx

dy

u

1

y

h

sec

1

u

y

h

sec

1

y

tanh

y

h

sec

    

          

          

          

dx

du

.

y

h

sec

1

dx

dy

dx

dy

.

y

h

sec

dx

du

       

          

          

          

          

y

tanh

u

u

tanh

y

Let

)

b

2

1

2

2

2

2

2

2

2

2

2

1

The  derivatives  of  functions  like  u

v

:  Where  and  are  differentiable 

functions of x , are found by logarithmic differentiation :





dx

dv

.

u

ln

dx

du

.

u

v

y

dx

dy

dx

dv

.

u

ln

dx

du

.

u

v

dx

dy

.

y

1

u

ln

.

v

y

ln

u

y

Let

v





dx

dv

.

u

ln

dx

du

.

u

v

.

u

u

dx

d

)

33

v

v

EX-18- Find 

dx

dy

  for :

tanx

cosx

x)

(lnx

y

b)

        

          

x

y

)

a

Sol. -

    

          

x

ln

.

x

sin

x

x

cos

y

dx

dy

  

          

          

osx       

c

v

and

u

 where 

,

formula 

by 

or

         

          

x

ln

.

x

sin

x

x

cos

y

dx

dy

)

x

sin

.(

x

ln

x

x

cos

dx

dy

.

y

1

x

ln

.

x

cos

y

ln

x

y

)

a

x

cos










background image

16

    

          

          

          

          

          

x

sec

).

x

x

ln(ln

)

x

x

(ln

x

x

tan

).

1

x

(

.

y

      

          

          

          

          

          

x

sec

).

x

x

ln(ln

)

1

x

1

(

x

x

ln

x

tan

.

y

dx

dy

         

          

          

          

          

tanx      

v

and

lnx

u

 where 

,

formula 

by 

or

    

x

sec

).

x

x

ln(ln

)

x

x

(ln

x

x

tan

).

1

x

(

y

dx

dy

x

sec

).

x

x

ln(ln

)

1

x

1

.(

x

x

ln

x

tan

dx

dy

.

y

1

          

          

          

          

          

          

)

x

x

ln(ln

.

x

tan

y

ln

)

x

x

(ln

y

)

b

2

2

2

2

x

tan














background image

17

Problems -3

1. Find 

dx

dy

for the following functions :

)

x

)

1

x

(

3

:

.

ans

(

      

          

          

          

          

x

1

x

y

)

5

)

x

10

x

1

x

9

:

.

ans

(

       

          

          

          

x

5

x

2

x

3

y

)

4

)

)

3

x

2

(

1

:

.

ans

(

     

          

          

          

          

    

          

3

x

2

4

x

3

y

)

3

)

x

b

:

.

ans

(

   

          

          

          

          

          

     

          

x

b

ax

y

)

2

)

x

2

4

:

.

ans

(

          

          

          

          

          

    

)

x

1

)(

3

x

(

y

)

1

4

6

2

3

3

3

2

2

3

2

2





     

)

)

4

x

5

(

Cos

)

4

x

5

(

Sin

.

x

30

:

.

ans

(

   

          

          

)

2

x

5

(

Cos

y

)

10

   

)

Cosx

.

x

3

:

.

ans

(

          

        

          

          

          

Sinx

y

)

9

   

)

x

tan

:

.

ans

(

       

          

    

          

          

          

)

Cosx

ln(

y

)

8

    

)

x

ln

.

x

1

:

.

ans

(

       

          

      

          

          

          

)

x

ln(ln

y

)

7

  

)

2

x

(

1

)

2

x

3

(

)

1

x

2

(

y

)

6

2

4

2

2

3

3

2

3

2

2

3

2

    

)

3

)

2

x

(

2

)

1

x

30

(

)

2

x

3

)(

1

x

2

(

:

.

ans

(

)

7

x

2

tan

7

x

2

2

7

x

2

Sec

:

.

ans

(

        

          

          

7

x

2

tan

y

)

15

)

x

Cosx

Sinx

.

x

:

.

ans

(

          

          

          

          

    

          

x

Cosx

y

)

14

)

1

x

1

x

Csc

.

1

x

1

x

Cot

.

)

1

x

(

6

:

.

ans

(

          

   

1

x

1

x

Cot

y

)

13

)

x

tan

.

Secx

).

Secx

(

Sec

:

.

ans

(

          

          

          

      

)

Secx

tan(

y

)

12

)

Secx

.

x

tan

Sinx

:

.

ans

(

        

          

          

          

     

x

sin

.

x

tan

y

)

11

2

2

2

2

2

3

2

)

)

x

(ln

Cos

.

2

:

.

ans

(

        

          

          

          

)

x

(ln

Cos

)

x

(ln

Sin

x

y

)

18

)

x

5

Csc

x

5

Cot

.

x

5

3

5

:

.

ans

(

    

          

          

         

          

x

5

Csc

y

)

17

)

Sinx

.

x

2

Cosx

.

x

:

.

ans

(

    

          

          

   

          

          

Sinx

.

x

y

)

16

3

2

3

2

2

2


background image

18

)

x

25

1

x

10

:

.

ans

(

    

          

          

          

          

          

)

x

5

(

Sin

y

)

19

4

2

1

)

x

1

1

:

.

ans

(

     

          

          

          

          

          

x

1

x

1

Cot

y

)

20

2

1

)

3

x

2

2

1

x

x

2

2

x

1

1

x

1

x

1

3

y

:

.

ans

(

)

2

x

Sec

.

x

2

4

x

x

2

x

)

x

2

(

)

x

2

(

x

x

4

:

.

ans

(

2

3

2

2

1

1

1

1

1

2

4

2

2

1

2

2

1

6

2

2

3

2

1

3

3

2

3

1

      

)

3

x

2

)(

1

x

(

)

2

x

)(

1

x

(

x

y

)

25

)

x

4

1

)

x

2

Sin

x

2

Cos

(

2

:

.

ans

(

          

         

x

2

Cos

.

x

2

Sin

y

)

24

2

x

Sec

.

x

x

2

x

Sin

y

)

23

)

1

)

1

x

3

(

1

x

3

x

18

:

.

ans

(

     

          

)

1

x

3

(

Sec

y

)

22

)

2

x

4

)

1

x

4

(

x

6

:

.

ans

(

  

          

  

          

2

x

4

tan

y

)

21





))

x

tan

.

x

2

x

cos

(ln

x

2

y

:

.

ans

(

    

          

          

         

)

x

(cos

y

)

30

)

1

e

2

:

.

ans

(

        

          

          

          

          

          

e

sec

y

)

29

))

x

2

3

2

x

tan

).

x

1

(

1

x

3

14

(

y

2

:

.

ans

(

        

x

).

x

2

3

(

x

tan

.

x

y

)

28

))

)

x

ln

2

1

(

x

2

2

x

tan

2

x

cot

(

4

y

3

:

.

ans

(

          

x

ln

.

2

1

x

cos

.

x

sin

y

)

27

)

)

)

x

(ln

1

(

x

1

:

.

ans

(

          

          

          

          

       

)

x

(ln

tan

y

)

26

x

x

4

x

2

1

1

2

3

1

5

3

4

2

1

))

x

tanh

2

x

h

sec

x

(

x

tanh

.

x

:

.

ans

(

         

x

tanh

.

x

y

)

35

)

x

1

coth

.

x

1

h

csc

.

x

1

:

.

ans

(

       

          

          

       

          

x

1

h

csc

y

)

34

))

x

2

cosh(cos

.

x

2

sin

2

:

.

ans

(

   

          

          

          

)

x

2

sinh(cos

y

)

33

)

)

x

5

(

cosh

x

2

)

x

5

sinh(

).

x

5

cosh(

5

x

2

:

.

ans

(

      

          

)

x

5

(

cosh

x

2

y

)

32

))

x

sin

ln

.

x

sec

1

(

y

:

.

ans

(

     

          

          

    

          

)

x

(sin

y

)

31

2

2

.

2

2

2

2

2

2

2

x

tan


background image

19

)

3

x

2

cot

.

3

x

2

csc

3

x

2

7

ln

3

x

2

csc

7

:

.

ans

(

)

x

2

1

x

tan

x

cos

.

x

sin

x

sec

.

x

tan

3

x

sin

x

cos

:

.

ans

(

          

          

7

y

)

40

)

e

)

x

tan

x

2

x

sec

x

(

:

.

ans

(

        

    

          

          

e

y

)

39

)

e

)

e

5

x

2

(

:

.

ans

(

          

          

  

          

          

e

y

)

38

)

4

ln

x

cot

:

.

ans

(

          

          

          

          

         

          

x

sin

log

y

)

37

x

x

tan

x

cos

.

x

sin

ln

y

)

36

3

x

2

csc

x

tan

x

2

2

x

tan

x

)

e

x

(

x

5

)

e

x

(

4

3

2

2

2

2

3

2

2

2

2

x

5

x

5

)

4

x

x

:

.

ans

(

         

          

          

          

4

x

2

x

2

x

cosh

2

y

)

46

)

2

ln

)

x

2

3

(

x

2

)

x

2

3

(

log

x

3

:

.

ans

(

    

  

          

)

x

2

3

(

log

x

y

)

45

)

)

x

(ln

x

)

1

x

ln

x

(

e

:

.

ans

(

          

          

          

        

          

          

x

ln

e

y

)

44

)

)

x

(ln

1

x

x

ln

:

.

ans

(

          

          

          

      

          

)

x

(ln

1

y

)

43

)

x

sec

:

.

ans

(

   

          

          

          

          

    

          

)

x

(tan

sinh

y

)

42

)

x

sin

)

2

x

ln(

2

2

x

x

cos

.

x

4

:

.

ans

(

       

      

x

cos

)

2

x

ln(

y

)

41

2

2

2

1

3

2

2

2

3

2

x

x

2

2

1

2

2

2

2

2. Verify the following derivatives :

  

)

c

bx

3

ax

5

(

x

2

1

)

c

bx

ax

(

x

dx

d

)

b

  

          

          

x

1

6

)

x

1

x

(

x

5

dx

d

)

a

2

2

2

2





3. Find the derivative of  with respect to in the following functions :   

)

x

4

3

x

x

:

.

ans

(

     

          

          

  

3

x

u

    

and

     

u

2

u

y

  

)

b

)

)

2

x

3

(

y

x

18

:

.

ans

(

       

          

          

2

3x

u

     

and

       

1

u

u

y

  

)

a

2

2

3

3

2

2

3

2

2


background image

20

4. Find the second derivative for the following functions :

)

x

:

.

ans

(

         

          

          

          

         

0

x

16

y

xy

2

x

)

c

)

4

1

:

(ans.

     

          

          

          

          

2

x

at

  

x

2

2

x

2

)

x

(

f

)

b

)

x

12

x

6

x

6

:

.

ans

(

      

          

          

    

          

          

)

x

1

x

(

y

)

a

2

3

2

2

5

3

3

5. Find the third derivative of the function :  

)

8y 

3

-

:

(ans.

     

          

          

          

          

          

          

          

          

x

y

3

6. Show for  

v

u

y

   that 

3

v

)

'

uv

'

vu

(

'

v

2

)

'

'

uv

'

'

vu

(

v

'

'

y

  .

7.  Show for y = u.v   that   y''' = uv''' + 3u' v'' + 3u'' v' + u''' v .

8.   Show that 

3

x

30

x

35

y

2

4

  satisfies  

0

y

20

'

xy

2

'

'

y

)

x

1

(

2

.  

9.  Find 

dx

dy

for the following implicit functions :


background image

21

)

y

cosh

x

sec

.

x

tan

.

2

:

.

ans

(

      

          

          

       

          

x

tan

y

sinh

)

g

)

)

xy

cos(

.

xy

)

xy

sin(

.

y

2

)

xy

cos(

.

y

x

sec

:

.

ans

(

       

         

x

tan

)

xy

sin(

.

y

)

f

)

)

y

x

(

1

x

)

xy

(

1

)

xy

(

1

)

y

x

(

1

y

:

.

ans

(

  

)

y

x

(

cos

)

xy

(

sin

)

e

)

x

y

1

)

y

tan

x

3

)(

y

1

(

:

.

ans

(

          

          

y

y

tan

.

x

x

)

d

)

y

x

y

3

x

2

y

2

y

x

x

3

:

.

ans

(

         

          

   

          

)

y

x

(

xy

3

)

c

)

x

xy

2

y

:

.

ans

(

   

          

          

          

  

          

          

y

1

xy

)

b

)

y

x

2

y

x

10

y

4

x

y

5

x

3

:

.

ans

(

       

          

      

3

x

y

5

y

x

4

x

)

a

2

2

2

3

2

2

2

2

2

2

1

1

2

1

2

2

1

3

3

3

2

3

3

2

2

3

3

3

1

2

2

2

2

3

10. Prove the following formulas :

dx

du

.

u

1

u

1

u

h

sec

dx

d

)

h

       

dx

du

.

u

1

1

u

sinh

dx

d

)

g

dx

du

.

u

coth

.

u

h

csc

u

h

csc

dx

d

)

f

    

          

dx

du

.

u

cosh

u

sinh

dx

d

)

e

      

dx

du

.

1

u

u

1

u

sec

dx

d

)

d

       

dx

du

.

u

1

1

u

cos

dx

d

)

c

        

dx

du

.

u

cot

.

u

csc

u

csc

dx

d

)

b

    

          

dx

du

.

u

csc

u

cot

dx

d

)

a

2

1

2

1

2

1

2

1

2

11.  Show  that  the  tangent  to  the  hyperbola      x

2

- y

2

=  1    at  the point

P(coshu,  sinhu)    ,  cuts  the  x-axis  at  the  point  (  sechu  ,  0  )  and  
except when vertical , cuts the y-axis at the point ( 0 , -cschu ) .
  




رفعت المحاضرة من قبل: Karrar Shannow
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