2. 2
คำานวณหาพื้นที่รูปทรงประหลาดๆ ที่สนใจก็แบ่งพื้นที่ให้เป็นรูปง่าย ๆ
เช่น รูป 3 เหลี่ยม 4 เหลี่ยม โดยเริ่มจากการใช้รูปง่าย ๆ ใส่ลงไปใน
พื้นที่ที่ต้องการหาและซอยย่อยลงไปเรื่อย ๆ ดังนั้นผลรวมก็จะได้ใกล้
เคียงกับพื้นที่ที่ต้องการ
นี่คือเทคนิคการอินทิเกรตโดยใช้ภาพของนักคณิตศาสตร์กรีก
โบราณนั่นเอง นักคณิตศาสตร์ชาวเอเชียก็มีผู้คิด"ปฐมแคลคูลัส"ไว้คือคน
จีนกับคนญี่ปุ่น นักคณิตศาสตร์ญี่ปุ่นคำานวนหาพื้นที่วงกลม โดยแบ่งเป็น
แถบ 4 เหลี่ยมย่อย ๆ
จวบจนถึงคริต์ศตวรรษที่ 14 จึงมีคำาถามประเภทว่าวัตถุเคลื่อนที่
ด้วยอัตราเร็วไม่คงที่จะหาระยะทางที่วิ่งไปได้อย่างไร แต่แคลคูลัสสมัย
ใหม่ต้องรอเวลานานกว่าจะถือกำาเนิดขึ้นได้ เพราะแคลคูลัส จำาเป็นต้องใช้
แนวคิดจากคณิตศาสตร์สาขาอื่นๆหลายวิชานำามาก่อน เช่น ฟังก์ชั่น
พีชคณิตสัญลักษณ์ และเรขาคณิตวิเคราะห์
แนวคิดเรื่องฟังก์ชันนี้มาสุกงอมตอนที่กาลิเลโอมาศึกษาเรื่องการ
เคลื่อนที่ส่วนสองเรื่องหลังคือ พีชคณิตสัญลักษณ์ และเรขาคณิตวิเคราะห์
เป็นฝีมือของเดอคาร์ตส์ยอดนักคณิตศาสตร์ที่คิดแกนอ้างอิงแบบคาร์ที
เชียนให้เราใช้กันจนถึงเดี๋ยวนี้นี่เอง
ลิมิตและความต่อเนื่องของฟังก์ชัน
-ลิมิตของฟังก์ชัน
y = f(x) ที่มีโดเมนและเรนจ์เป็นสับเซต
ของจำานวนจริง ขณะที่ x เข้าใกล้
จำานวนจริงใด ๆ เพียงจำานวนเดียวเท่านั้น
ความหมายของการที่ x เข้าใกล้จำานวนจริง a ใด ๆ ดังรูป
x a x
เมื่อ x เข้าใกล้ a โดยที่ x < a หมายความว่า x เข้าใกล้ a ทางด้านซ้าย
เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ x a ฟังก์ชัน f ใด ๆ ที่มีโดเมนและเรนจ์
3. 3
เป็นสับเซต
ของเซตจำานวนจริง เมื่อ x เข้าใกล้ a ทางด้านซ้าย แล้ว f(x) เข้าใกล้
จำานวนจริง
เรียก ว่า ลิมิตซ้ายของ f ที่ a เขียนแทนได้ว่า f(x) =
เมื่อ x เข้าใกล้ a โดยที่ x> a หมายความว่า x เข้าใกล้ a ทางด้านขวา
เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ x a ฟังก์ชัน f ใด ๆ ที่มีโดเมนและเรนจ์
เป็นสับเซต
ของเซตจำานวนจริง เมื่อ x เข้าใกล้ a ทางด้านขวา แล้ว f(x) เข้าใกล้
จำานวนจริง
เรียก ว่า ลิมิตซ้ายของ f ที่ a เขียนแทนได้ว่า f(x) =
เมื่อ x เข้าใกล้ a ไม่ว่าจะทางด้านซ้ายหรือด้านขวา แล้ว
ค่าของ f(x)เข้าใกล้จำานวนจริง L เขียนแทนได้ว่า f(x) =
L
ลิมิตข้างเดียว (One - side limit)
10. 10
การหาอนุพันธ์ของ์ฟังก์ชันพีชคณิต
(Differentiation Algebraic Function)
ฟังก์ชันพีชคณิต (Algebraic Function)
หมายถึงฟังก์ชันลักษณะ
y =
เมื่อ n เป็นจำานวนจริง
กฎข้อที่ 1 เมื่อ y = c เมื่อ c เป็นตัวคงที่ จะได้ว่า = 0
กฎข้อที่ 2 เมื่อ y = x จะได้ว่า
กฎข้อที่ 3 เมื่อ y = c f (x) และ c เป็นตัวคงที่ จะได้ว่า
กฎข้อที่ 4 เมื่อ u,v,w เป็นฟังก์ชันของ x
จะได้ว่า
กฎข้อที่ 5 เมื่อ y เป็นฟังก์ชันของ เมื่อ n เป็นจำานวนตรรภยะ
จะได้ว่า =
กฎข้อที่ 6 อนุพันธ์ของผลคูณของฟังก์ชัน
ถ้า y = f (x) g(x) เมื่อ f (x) และ g(x) เป็นฟังก์ชันที่สามารถ
หา
f '(x) และ g '(x) ได้ แล้ว = f (x) g '(x) + f '(x) g(x)
11. 11
กฎข้อที่ 7 อนุพันธ์ของผลหารของฟังก์ชัน
ถ้า y = โดยที่ f(x) และ g(x) เป็นฟังก์ชันที่สามารถหา
f '(x) และ g '(x) ได้ และ g(x) 0 แล้ว
=
กฎข้อที่ 8 กฎลูกโซ่ (chain rule )
ถ้า y = f เมื่อ n เป็นจำานวนตรรภยะ และ
f(x) เป็นฟังก์ชันที่สามารถหา f '(x) ได้ แล้ว
= n f '(x)
ตัวอย่างการนำากฎดังกล่าวไปใช้หาอนุพันธ์ฟังก์ชัน
1) กำาหนดให้ y = 8
จะได้ = 0
2) กำาหนดให้ y = 5x
จะได้ = = 5 = 5
3) กำาหนดให้ y =
จะได้ = = 8
4) กำาหนดให้ y =
17. 17
แสดงว่า
กรณีแรก = = 2 x
เมื่อ x จริงหรือไม่
กรณีสอง = = - 2 x เมื่อ x
พิจารณาจากกราฟ y = f(x) = เป็นดังนี้
จากกราฟ จะเห็นได้ว่าเกิดการหักมุมที่ x = -2 และ x = 2
แสดงว่า และ หาค่าไม่ได้
ดังนั้น = เมื่อ x 2
สามารถคิดลัดได้ดังนี้
ถ้า y = แล้ว = g' (x) เมื่อ g(x) 0
ถ้า y = แล้ว = เมื่อ x 2
18. 18
ดังนั้น = เมื่อ x 2
ตัวอย่าง กำาหนดให้ y = f(x) = จงหาค่าของ
สามารถคิดลัดได้ดังนี้
ถ้า y = แล้ว = g' (x) เมื่อ g(x) 0
ถ้า y = แล้ว = เมื่อ 5x - 7 0
ดังนั้น = เมื่อ x
ตัวอย่าง กำาหนดให้ y = f(x) = จงหาค่าของ
สามารถคิดลัดได้ดังนี้
ถ้า y = แล้ว = g' (x) เมื่อ g(x) 0
ถ้า y = แล้ว = = เมื่อ x 0
ดังนั้น = เมื่อ x 0 หรือเขียนได้ว่า 3 x
19. 19
กฎลูกโซ่ (Chain rule) กับอนุพันธ์ของ
ฟังก์ชันคอมโพสิท
กฎลูกโซ่ คือกฏที่ใช้ในการหาอนุพันธ์ของ"ฟังก์ชันคอมโพสิท"
ถ้า y = = g(f(x)) แล้ว
=
การปรับสูตรใหม่ให้ดูง่าย
ถ้าให้ u = f(x) แล้ว
y = = g(f(x)) = g(u)
จาก =
จะได้ =
จาก u = f(x) แล้ว y = g(u)
ดังนั้น =
การปรับสูตรใหม่ให้ดูง่าย อีกรูปแบบหนึ่ง
ถ้า y = f เมื่อ n เป็นจำานวนตรรภยะ และ
f(x) เป็นฟังก์ชันที่สามารถหา f '(x) ได้ แล้ว
= n f '(x)
20. 20
ตัวอย่าง ถ้า y = จงหา
กำาหนดให้ y = เมื่อ f (x) = + 5
เพราะฉะนั้น f ' (x) = 2x
= 3 f ' (x)
= 3 f ' (x)
= 6 x
อนุพันธ์ในทางเรขาคณิตความชันและเส้น
สัมผัสของเส้นโค้ง
กำาหนดให้ y = f(x) เป็นสมการของเส้นโค้งใด ๆ เส้นสัมผัสโค้ง y =
f(x)
ที่จุด ใด ๆ คือ เส้นตรงที่ผ่านจุด
และมีความชันเท่ากับ f '(x) หรือ | x =
ความชันของเส้นสัมผัสเส้นโค้งที่จุด ใด ๆ หมายถึงความชันของเส้น
โค้ง ที่จุดนั้น ๆ
21. 21
พื้นฐานความรู้ของผู้เรียน
1. ความชันของเส้นตรง (m) ที่ผ่านจุด และ
จะได้ m = =
2. ให้เส้นตรง และ มีความชันเป็น และ ตามลำาดับ
เส้นตรง จะขนานกับเส้นตรง ก็ต่อเมื่อ =
เส้นตรง จะตั้งฉากกับเส้นตรง ก็ต่อเมื่อ = -1
3. สมการเส้นตรงทั่วไป y - = m เมื่อผ่านจุด และมีความชัน
m
การหาสมการของเส้นสัมผัสเส้นโค้ง และสมการของเส้นตรงที่
ตั้งฉากกับเส้นสัมผัส
ตัวอย่าง จงหาจุดบนเส้นโค้ง y = ที่มีความชันของเส้นสัมผัส
เท่ากับ 1
y =
จะได้ = 2x - 3
หาค่า x ที่ทำาให้ = 1
จะได้ 2 x - 3 = 1
x = 2
นำาค่า x แทนใน y จะได้ y = - 3(2) - 4
22. 22
y = - 6
ดังนั้น จุดบนเส้นโค้ง y =
ที่มีความชันของเส้นสัมผัสเท่ากับ 1 คือ ( 2 , - 6)
ตัวอย่าง กำาหนดให้เส้นตรง L มีความชัน 2 และสัมผัสเส้นโค้ง y =
+2 แล้ว
จงหาสมการเส้นตรง L
จากที่กำาหนด y = + 2
= 2 x
เส้นตรง L มีความชัน 2 และสัมผัสเส้นโค้ง y = + 2
จะได้ = 2
2 x = 2
x = 1
นำาค่า x แทนใน y จะได้ y = + 2
y = 3
จะได้ จุด ( 1 , 3 ) เป็นจุดสัมผัส
ดังนั้น สมการเส้นตรง L คือ (y -3 ) = 2( x -1 ) หรือ y = 2 x + 1
อนุพันธ์แบบอิมปลิสิต (Implicit
Differentiation)
23. 23
การหาอนุพันธ์แบบอิมปลิสิตเป็นวิธีหนึ่งที่ใช้การหาอนุพันธ์
จากสมการที่อยู่ในรูป f(x,y) = 0
โดยที่ f ( x , y ) เป็นนิพจน์ของตัวแปร x และ y
ซึ่งสมการนี้ในบางครั้งเป็นการยากที่จะเขียนให้อยู่ในรูป y = g(x) ได้
ดังนั้นจึงเกิดการหาอนุพันธ์แบบอิมปลิสิตขึ้น
หลักในการหา จากสมการ f (x,y) = 0 แบบอิมปลิสิตนั้นมีอยู่ว่า
จะต้องถือว่าตัวแปร y ในสมการนี้ทุกตัวก็เป็นฟีงก์ชันของ x
ดังนั้น การหาอนุพันธ์ของพจน์ที่มีตัวแปร y จะต้องใช้กฎลูกโซ่ คือ
จะต้องคูณผลลัพธ์ จากการหาอนุพันธ์ด้วย เสมอ ดังตัวอย่าง
ดังนี้
ตัวอย่าง จงหา จากสมการ = 0
วิธีทำา = 0
จากการหาอนุพันธ์ของ y เทียบกับตัวแปร x จะได้ว่า
2 x + 2 y - 0 = 0
2 y = - 2 x
เพราะฉะนั้น = =
ตัวอย่าง จากสมการ = 0 จงหา
24. 24
วิธีทำา = 0
จากการหาอนุพันธ์ของ y เทียบกับ x จะได้ว่า
2 x + 2 y - 2 + 2 + 0 = 0
2 y + 2 = 2 - 2 x
( 2 y + 2 ) = 2 - 2 x
=
=
ตัวอย่าง สมการ = 0 จงหา เมื่อ x =
= 0
8 x + 18 y - 0 = 0
= =
ถ้า x = แล้ว y =
ที่จุด ( , ) จะได้ว่า = =
ที่จุด ( , )จะได้ว่า = =
25. 25
อนุพันธ์อันดับสูง
กำาหนดให้ y = f(x) และ
f ' (x) เป็นอนุพันธ์ของ f(x) ที่ x ใด ๆ ซึ่งสามารถหาอนุพันธ์ได้
จะเรียกอนุพันธ์ของอนุพันธ์ของ f(x) ที่ x ใด ๆ ว่า
อนุพันธ์ของอนุพันธ์อันดับที่ 2 ของ f(x) ที่ x ใด ๆ
เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ f ' ' (x) หรือ ในทำานองเดียวกัน
อนุพันธ์อันดับที่ 3 ของ f(x) ที่ x ใด ๆ ว่าเป็น
อนุพันธ์ของอนุพันธ์อันดับที่ 2 ของ f(x) ที่ x ใด ๆ . . .
สรุปได้ว่า อนุพันธ์อันดับที่ n ของ f(x) ที่ x ใด ๆ
เป็นอนุพันธ์ของอนุพันธ์อันดับที่ n - 1 ดังนี้
f ' (x) = แทนอนุพันธ์อันดับที่ 1 ของ f(x) ที่ x ใด ๆ
f '' (x) = แทนอนุพันธ์อันดับที่ 2 ของ f(x) ที่ x ใด ๆ
f ''' (x) = แทนอนุพันธ์อันดับที่ 2 ของ f(x) ที่ x ใด ๆ
f '''' (x) = แทนอนุพันธ์อันดับที่ 2 ของ f(x) ที่ x ใด ๆ
. . .
26. 26
= แทนอนุพันธ์อันดับที่ n ของ f(x) ที่ x ใด ๆ
ตัวอย่าง จงหาอนุพันธ์ทั้งหมดของฟังก์ชัน f ซึ่ง f(x) =
f ' (x) =
f ' ' (x) =
f ' ' '(x) = 192 x + 30
= 192
= 0
= 0 เมื่อ n 5
บทประยุกต์อนุพันธ์ของฟังก์ชัน ตอน 1
1) ค่าสูงสุดและตำ่าสุดของฟังก์ชัน (Maximum and minimum values of
function)
นิยาม ฟังก์ชัน f มีค่าสูงสุดสัมพัทธ์ ณ ที่ x = c
ถ้าในช่วงเปิดมีค่า c ที่ทำาให้ f(c) f(x) สำาหรับทุก ๆ ค่า x ใน
ช่วงเปิดนี้
27. 27
ถ้า f '(x) >0 เมื่อ x น้อยกว่า c เล็กน้อย
แต่ f '(x) < 0 เมื่อ x มากกว่า c เล็กน้อย
แล้วฟังก์ชัน f มีค่าสูงสุดสัมพัทธ์ ที่ x = c และค่าสูงสุดสัมพัทธ์เท่ากับ
f(c)
นิยาม ฟังก์ชัน f มีค่าตำ่าสุดสัมพัทธ์ ณ ที่ x = c
ถ้าในช่วงเปิดมีค่า c ที่ทำาให้ f(c) f(x) สำาหรับทุก ๆ ค่า x ในช่วงเปิด
นี้
ถ้า f '(x)<0 เมื่อ x น้อยกว่า c เล็กน้อย แต่ f '(x)> 0 เมื่อ x มากกว่า c เล็ก
น้อย
แล้วฟังก์ชัน f มีค่าตำ่าสุดสัมพัทธ์ที่ x = c และค่าตำ่าสุดสัมพัทธ์เท่ากับ
f(c)
นิยาม ถ้า c เป็นจำานวนในโดเมนของฟังก์ชัน f และถ้า f ' (c) =
0
หรือ f ' (c) หาค่าไม่ได้
จะเรียก c ว่าเป็นค่าวิกฤตของฟังก์ชัน f และจุด (c , f(c) )
บนกราฟของ f ถูกเรียกว่า จุดวิกฤตของกราฟของ f
เมื่อทราบว่า f ' (c) = 0 แสดงว่า c เป็นค่าวิกฤตของฟังก์ชัน ให้ระวัง
ดังนี้
1. c อาจเป็นค่าวิกฤตที่ทำาให้ฟังก์ชันมีค่าสูงสุดสัมพัทธ์
28. 28
ถ้ากราฟเป็นรูปควำ่าลง แล้ว f '' (x) < 0 แสดงว่า f ''(c) < 0 ด้วย
2. c อาจเป็นค่าวิกฤตที่ทำาให้ฟังก์ชันมีค่าตำ่าสุดสัมพัทธ์
ถ้ากราฟเป็นรูปหงายขึ้น แล้ว f '' (x) > 0 แสดงว่า f ''(c) > 0 ด้วย
3. c อาจเป็นค่าวิกฤตที่ไม่ได้ทำาให้ฟังก์ชันมีค่าสูงสุดสัมพัทธ์
หรือค่าตำ่าสุดสัมพัทธ์ เช่น
ตัวอย่าง กำาหนดให้ f(x) = อยากทราบว่าฟังก์ชันมีค่าสูงสุด
สัมพัทธ์ที่ใด และมีค่าเท่าใด
f (x) =
29. 29
f '(x) =
ให้ = 0 จะได้ค่าวิกฤตของฟังก์ชัน x =
ตรวจสอบจุดตำ่าสุดและจุดสูงสุดสัมพัทธ์
f ' '(x) = = -12 x
นำาค่าวิกฤตของฟังก์ชัน x = แทนค่าใน f ' '(x)
จะได้ f ' '( ) = < 0
และ f ' '( ) = > 0
แสดงว่าที่ x = จะเป็นจุดสูงสุดสัมพัทธ์
ดังนั้นฟังก์ชันมีค่า สูงสุดสัมพัทธ์ที่ x =
ฟังก์ชันมีค่า สูงสุดสัมพัทธ์ = f ( )
= =
ตัวอย่าง กำาหนดให้ f(x) = แล้ว อยากทราบว่าที่จุด x =
2
จะทำาให้ฟังก์ชันมีค่าเท่าไร
จาก f(x) =
f ' (x) =
30. 30
แทนค่า x = 2 ใน f ' (x)
จะได้ f ' (2) = = 0
แสดงว่า x = 2 เป็นค่าวิกฤตของฟังก์ชัน
ตรวจสอบจุดตำ่าสุดและจุดสูงสุดสัมพัทธ์
f ' ' (x) =
แทนค่า x = 2 ใน f ' ' (x)
f ' ' (2) = = 48 มีค่ามากกว่า 0
แสดงว่าที่ x = 2 จะเป็นจุดตำ่าสุดสัมพัทธ์
ฟังก์ชันมีค่า ตำ่าสุดสัมพัทธ์ = f(2) = = -
15
ค่าสูงสุดสัมบูรณ์และค่าตำ่าสุดสัมบูรณ์
นิยาม ฟังก์ชัน f มีค่าสูงสุดสัมบูรณ์บนช่วงหนึ่งช่วงใด
ถ้ามีจำานวน c ที่อยู่ในช่วงนั้นซึ่ง f(c) f(x) สำาหรับทุก ๆ ค่า x ใน
ช่วงนั้น
กรณีเช่นนี้ f(c) เป็นค่าสูงสุดสัมบูรณ์ของ f บนช่วงนั้น
นิยาม ฟังก์ชัน f มีค่าตำ่าสุดสัมบูรณ์บนช่วงหนึ่งช่วงใด
ถ้ามีจำานวน c ที่อยู่ในช่วงนั้นซึ่ง f(c) f(x) สำาหรับทุก ๆ ค่า x ใน
ช่วงนั้น
กรณีเช่นนี้ f(c) เป็นค่าตำ่าสุดสัมบูรณ์ของ f บนช่วงนั้น
นิยาม f(c) เป็นค่าสูงสุดสัมบูรณ์ของ ฟังก์ชัน f ถ้า c อยู่ในโดเมน
ของ f
และถ้า f(c) f(x) สำาหรับทุก ๆ ค่า x ในโดเมนของ f
นิยาม f(c) เป็นค่าตำ่าสุดสัมบูรณ์ของ ฟังก์ชัน f ถ้า c อยู่ในโดเมน
ของ f
และถ้า f (c) f(x) สำาหรับทุก ๆ ค่า x ในโดเมนของ f