MATHHX B

MATHHX B

\(\newcommand{\footnotename}{footnote}\) \(\def \LWRfootnote {1}\) \(\newcommand {\footnote }[2][\LWRfootnote ]{{}^{\mathrm {#1}}}\) \(\newcommand {\footnotemark }[1][\LWRfootnote ]{{}^{\mathrm {#1}}}\) \(\let \LWRorighspace \hspace \) \(\renewcommand {\hspace }{\ifstar \LWRorighspace \LWRorighspace }\) \(\newcommand {\mathnormal }[1]{{#1}}\) \(\newcommand \ensuremath [1]{#1}\) \(\newcommand {\LWRframebox }[2][]{\fbox {#2}} \newcommand {\framebox }[1][]{\LWRframebox } \) \(\newcommand {\setlength }[2]{}\) \(\newcommand {\addtolength }[2]{}\) \(\newcommand {\setcounter }[2]{}\) \(\newcommand {\addtocounter }[2]{}\) \(\newcommand {\arabic }[1]{}\) \(\newcommand {\number }[1]{}\) \(\newcommand {\noalign }[1]{\text {#1}\notag \\}\) \(\newcommand {\cline }[1]{}\) \(\newcommand {\directlua }[1]{\text {(directlua)}}\) \(\newcommand {\luatexdirectlua }[1]{\text {(directlua)}}\) \(\newcommand {\protect }{}\) \(\def \LWRabsorbnumber #1 {}\) \(\def \LWRabsorbquotenumber "#1 {}\) \(\newcommand {\LWRabsorboption }[1][]{}\) \(\newcommand {\LWRabsorbtwooptions }[1][]{\LWRabsorboption }\) \(\def \mathchar {\ifnextchar "\LWRabsorbquotenumber \LWRabsorbnumber }\) \(\def \mathcode #1={\mathchar }\) \(\let \delcode \mathcode \) \(\let \delimiter \mathchar \) \(\def \oe {\unicode {x0153}}\) \(\def \OE {\unicode {x0152}}\) \(\def \ae {\unicode {x00E6}}\) \(\def \AE {\unicode {x00C6}}\) \(\def \aa {\unicode {x00E5}}\) \(\def \AA {\unicode {x00C5}}\) \(\def \o {\unicode {x00F8}}\) \(\def \O {\unicode {x00D8}}\) \(\def \l {\unicode {x0142}}\) \(\def \L {\unicode {x0141}}\) \(\def \ss {\unicode {x00DF}}\) \(\def \SS {\unicode {x1E9E}}\) \(\def \dag {\unicode {x2020}}\) \(\def \ddag {\unicode {x2021}}\) \(\def \P {\unicode {x00B6}}\) \(\def \copyright {\unicode {x00A9}}\) \(\def \pounds {\unicode {x00A3}}\) \(\let \LWRref \ref \) \(\renewcommand {\ref }{\ifstar \LWRref \LWRref }\) \( \newcommand {\multicolumn }[3]{#3}\) \(\require {textcomp}\) \(\require {colortbl}\) \(\let \LWRorigcolumncolor \columncolor \) \(\renewcommand {\columncolor }[2][named]{\LWRorigcolumncolor [#1]{#2}\LWRabsorbtwooptions }\) \(\let \LWRorigrowcolor \rowcolor \) \(\renewcommand {\rowcolor }[2][named]{\LWRorigrowcolor [#1]{#2}\LWRabsorbtwooptions }\) \(\let \LWRorigcellcolor \cellcolor \) \(\renewcommand {\cellcolor }[2][named]{\LWRorigcellcolor [#1]{#2}\LWRabsorbtwooptions }\) \(\newcommand {\tothe }[1]{^{#1}}\) \(\newcommand {\raiseto }[2]{{#2}^{#1}}\) \(\newcommand {\LWRsiunitxEND }{}\) \(\def \LWRsiunitxang #1;#2;#3;#4\LWRsiunitxEND {\ifblank {#1}{}{\num {#1}\degree }\ifblank {#2}{}{\num {#2}^{\unicode {x2032}}}\ifblank {#3}{}{\num {#3}^{\unicode {x2033}}}}\) \(\newcommand {\ang }[2][]{\LWRsiunitxang #2;;;\LWRsiunitxEND }\) \(\def \LWRsiunitxdistribunit {}\) \(\newcommand {\LWRsiunitxENDTWO }{}\) \(\def \LWRsiunitxprintdecimalsubtwo #1,#2,#3\LWRsiunitxENDTWO {\ifblank {#1}{0}{\mathrm {#1}}\ifblank {#2}{}{{\LWRsiunitxdecimal }\mathrm {#2}}}\) \(\def \LWRsiunitxprintdecimalsub #1.#2.#3\LWRsiunitxEND {\LWRsiunitxprintdecimalsubtwo #1,,\LWRsiunitxENDTWO \ifblank {#2}{}{{\LWRsiunitxdecimal }\LWRsiunitxprintdecimalsubtwo #2,,\LWRsiunitxENDTWO }}\) \(\newcommand {\LWRsiunitxprintdecimal }[1]{\LWRsiunitxprintdecimalsub #1...\LWRsiunitxEND }\) \(\def \LWRsiunitxnumplus #1+#2+#3\LWRsiunitxEND {\ifblank {#2}{\LWRsiunitxprintdecimal {#1}}{\ifblank {#1}{\LWRsiunitxprintdecimal {#2}}{\LWRsiunitxprintdecimal {#1}\unicode {x02B}\LWRsiunitxprintdecimal {#2}}}\LWRsiunitxdistribunit }\) \(\def \LWRsiunitxnumminus #1-#2-#3\LWRsiunitxEND {\ifblank {#2}{\LWRsiunitxnumplus #1+++\LWRsiunitxEND }{\ifblank {#1}{}{\LWRsiunitxprintdecimal {#1}}\unicode {x02212}\LWRsiunitxprintdecimal {#2}\LWRsiunitxdistribunit }}\) \(\def \LWRsiunitxnumpmmacro #1\pm #2\pm #3\LWRsiunitxEND {\ifblank {#2}{\LWRsiunitxnumminus #1---\LWRsiunitxEND }{\LWRsiunitxprintdecimal {#1}\unicode {x0B1}\LWRsiunitxprintdecimal {#2}\LWRsiunitxdistribunit }}\) \(\def \LWRsiunitxnumpm #1+-#2+-#3\LWRsiunitxEND {\ifblank {#2}{\LWRsiunitxnumpmmacro #1\pm \pm \pm \LWRsiunitxEND }{\LWRsiunitxprintdecimal {#1}\unicode {x0B1}\LWRsiunitxprintdecimal {#2}\LWRsiunitxdistribunit }}\) \(\newcommand {\LWRsiunitxnumscientific }[2]{\ifblank {#1}{}{\ifstrequal {#1}{-}{-}{\LWRsiunitxprintdecimal {#1}\times }}10^{\LWRsiunitxprintdecimal {#2}}\LWRsiunitxdistribunit }\) \(\def \LWRsiunitxnumD #1D#2D#3\LWRsiunitxEND {\ifblank {#2}{\LWRsiunitxnumpm #1+-+-\LWRsiunitxEND }{\mathrm {\LWRsiunitxnumscientific {#1}{#2}}}}\) \(\def \LWRsiunitxnumd #1d#2d#3\LWRsiunitxEND {\ifblank {#2}{\LWRsiunitxnumD #1DDD\LWRsiunitxEND }{\mathrm {\LWRsiunitxnumscientific {#1}{#2}}}}\) \(\def \LWRsiunitxnumE #1E#2E#3\LWRsiunitxEND {\ifblank {#2}{\LWRsiunitxnumd #1ddd\LWRsiunitxEND }{\mathrm {\LWRsiunitxnumscientific {#1}{#2}}}}\) \(\def \LWRsiunitxnume #1e#2e#3\LWRsiunitxEND {\ifblank {#2}{\LWRsiunitxnumE #1EEE\LWRsiunitxEND }{\mathrm {\LWRsiunitxnumscientific {#1}{#2}}}}\) \(\def \LWRsiunitxnumx #1x#2x#3x#4\LWRsiunitxEND {\ifblank {#2}{\LWRsiunitxnume #1eee\LWRsiunitxEND }{\ifblank {#3}{\LWRsiunitxnume #1eee\LWRsiunitxEND \times \LWRsiunitxnume #2eee\LWRsiunitxEND }{\LWRsiunitxnume #1eee\LWRsiunitxEND \times \LWRsiunitxnume #2eee\LWRsiunitxEND \times \LWRsiunitxnume #3eee\LWRsiunitxEND }}}\) \(\newcommand {\num }[2][]{\LWRsiunitxnumx #2xxxxx\LWRsiunitxEND }\) \(\newcommand {\si }[2][]{\mathrm {\gsubstitute {#2}{~}{\,}}}\) \(\def \LWRsiunitxSIopt #1[#2]#3{\def \LWRsiunitxdistribunit {\,\si {#3}}{#2}\num {#1}\def \LWRsiunitxdistribunit {}}\) \(\newcommand {\LWRsiunitxSI }[2]{\def \LWRsiunitxdistribunit {\,\si {#2}}\num {#1}\def \LWRsiunitxdistribunit {}}\) \(\newcommand {\SI }[2][]{\ifnextchar [{\LWRsiunitxSIopt {#2}}{\LWRsiunitxSI {#2}}}\) \(\newcommand {\numlist }[2][]{\text {#2}}\) \(\newcommand {\numrange }[3][]{\num {#2}\ \LWRsiunitxrangephrase \ \num {#3}}\) \(\newcommand {\SIlist }[3][]{\text {#2}\,\si {#3}}\) \(\newcommand {\SIrange }[4][]{\num {#2}\,#4\ \LWRsiunitxrangephrase \ \num {#3}\,#4}\) \(\newcommand {\tablenum }[2][]{\mathrm {#2}}\) \(\newcommand {\ampere }{\mathrm {A}}\) \(\newcommand {\candela }{\mathrm {cd}}\) \(\newcommand {\kelvin }{\mathrm {K}}\) \(\newcommand {\kilogram }{\mathrm {kg}}\) \(\newcommand {\metre }{\mathrm {m}}\) \(\newcommand {\mole }{\mathrm {mol}}\) \(\newcommand {\second }{\mathrm {s}}\) \(\newcommand {\becquerel }{\mathrm {Bq}}\) \(\newcommand {\degreeCelsius }{\unicode {x2103}}\) \(\newcommand {\coulomb }{\mathrm {C}}\) \(\newcommand {\farad }{\mathrm {F}}\) \(\newcommand {\gray }{\mathrm {Gy}}\) \(\newcommand {\hertz }{\mathrm {Hz}}\) \(\newcommand {\henry }{\mathrm {H}}\) \(\newcommand {\joule }{\mathrm {J}}\) \(\newcommand {\katal }{\mathrm {kat}}\) \(\newcommand {\lumen }{\mathrm {lm}}\) \(\newcommand {\lux }{\mathrm {lx}}\) \(\newcommand {\newton }{\mathrm {N}}\) \(\newcommand {\ohm }{\mathrm {\Omega }}\) \(\newcommand {\pascal }{\mathrm {Pa}}\) \(\newcommand {\radian }{\mathrm {rad}}\) \(\newcommand {\siemens }{\mathrm {S}}\) \(\newcommand {\sievert }{\mathrm {Sv}}\) \(\newcommand {\steradian }{\mathrm {sr}}\) \(\newcommand {\tesla }{\mathrm {T}}\) \(\newcommand {\volt }{\mathrm {V}}\) \(\newcommand {\watt }{\mathrm {W}}\) \(\newcommand {\weber }{\mathrm {Wb}}\) \(\newcommand {\day }{\mathrm {d}}\) \(\newcommand {\degree }{\mathrm {^\circ }}\) \(\newcommand {\hectare }{\mathrm {ha}}\) \(\newcommand {\hour }{\mathrm {h}}\) \(\newcommand {\litre }{\mathrm {l}}\) \(\newcommand {\liter }{\mathrm {L}}\) \(\newcommand {\arcminute }{^\prime }\) \(\newcommand {\minute }{\mathrm {min}}\) \(\newcommand {\arcsecond }{^{\prime \prime }}\) \(\newcommand {\tonne }{\mathrm {t}}\) \(\newcommand {\astronomicalunit }{au}\) \(\newcommand {\atomicmassunit }{u}\) \(\newcommand {\bohr }{\mathit {a}_0}\) \(\newcommand {\clight }{\mathit {c}_0}\) \(\newcommand {\dalton }{\mathrm {D}_\mathrm {a}}\) \(\newcommand {\electronmass }{\mathit {m}_{\mathrm {e}}}\) \(\newcommand {\electronvolt }{\mathrm {eV}}\) \(\newcommand {\elementarycharge }{\mathit {e}}\) \(\newcommand {\hartree }{\mathit {E}_{\mathrm {h}}}\) \(\newcommand {\planckbar }{\mathit {\unicode {x210F}}}\) \(\newcommand {\angstrom }{\mathrm {\unicode {x212B}}}\) \(\let \LWRorigbar \bar \) \(\newcommand {\barn }{\mathrm {b}}\) \(\newcommand {\bel }{\mathrm {B}}\) \(\newcommand {\decibel }{\mathrm {dB}}\) \(\newcommand {\knot }{\mathrm {kn}}\) \(\newcommand {\mmHg }{\mathrm {mmHg}}\) \(\newcommand {\nauticalmile }{\mathrm {M}}\) \(\newcommand {\neper }{\mathrm {Np}}\) \(\newcommand {\yocto }{\mathrm {y}}\) \(\newcommand {\zepto }{\mathrm {z}}\) \(\newcommand {\atto }{\mathrm {a}}\) \(\newcommand {\femto }{\mathrm {f}}\) \(\newcommand {\pico }{\mathrm {p}}\) \(\newcommand {\nano }{\mathrm {n}}\) \(\newcommand {\micro }{\mathrm {\unicode {x00B5}}}\) \(\newcommand {\milli }{\mathrm {m}}\) \(\newcommand {\centi }{\mathrm {c}}\) \(\newcommand {\deci }{\mathrm {d}}\) \(\newcommand {\deca }{\mathrm {da}}\) \(\newcommand {\hecto }{\mathrm {h}}\) \(\newcommand {\kilo }{\mathrm {k}}\) \(\newcommand {\mega }{\mathrm {M}}\) \(\newcommand {\giga }{\mathrm {G}}\) \(\newcommand {\tera }{\mathrm {T}}\) \(\newcommand {\peta }{\mathrm {P}}\) \(\newcommand {\exa }{\mathrm {E}}\) \(\newcommand {\zetta }{\mathrm {Z}}\) \(\newcommand {\yotta }{\mathrm {Y}}\) \(\newcommand {\percent }{\mathrm {\%}}\) \(\newcommand {\meter }{\mathrm {m}}\) \(\newcommand {\metre }{\mathrm {m}}\) \(\newcommand {\gram }{\mathrm {g}}\) \(\newcommand {\kg }{\kilo \gram }\) \(\newcommand {\of }[1]{_{\mathrm {#1}}}\) \(\newcommand {\squared }{^2}\) \(\newcommand {\square }[1]{\mathrm {#1}^2}\) \(\newcommand {\cubed }{^3}\) \(\newcommand {\cubic }[1]{\mathrm {#1}^3}\) \(\newcommand {\per }{\,\mathrm {/}}\) \(\newcommand {\celsius }{\unicode {x2103}}\) \(\newcommand {\fg }{\femto \gram }\) \(\newcommand {\pg }{\pico \gram }\) \(\newcommand {\ng }{\nano \gram }\) \(\newcommand {\ug }{\micro \gram }\) \(\newcommand {\mg }{\milli \gram }\) \(\newcommand {\g }{\gram }\) \(\newcommand {\kg }{\kilo \gram }\) \(\newcommand {\amu }{\mathrm {u}}\) \(\newcommand {\nm }{\nano \metre }\) \(\newcommand {\um }{\micro \metre }\) \(\newcommand {\mm }{\milli \metre }\) \(\newcommand {\cm }{\centi \metre }\) \(\newcommand {\dm }{\deci \metre }\) \(\newcommand {\m }{\metre }\) \(\newcommand {\km }{\kilo \metre }\) \(\newcommand {\as }{\atto \second }\) \(\newcommand {\fs }{\femto \second }\) \(\newcommand {\ps }{\pico \second }\) \(\newcommand {\ns }{\nano \second }\) \(\newcommand {\us }{\micro \second }\) \(\newcommand {\ms }{\milli \second }\) \(\newcommand {\s }{\second }\) \(\newcommand {\fmol }{\femto \mol }\) \(\newcommand {\pmol }{\pico \mol }\) \(\newcommand {\nmol }{\nano \mol }\) \(\newcommand {\umol }{\micro \mol }\) \(\newcommand {\mmol }{\milli \mol }\) \(\newcommand {\mol }{\mol }\) \(\newcommand {\kmol }{\kilo \mol }\) \(\newcommand {\pA }{\pico \ampere }\) \(\newcommand {\nA }{\nano \ampere }\) \(\newcommand {\uA }{\micro \ampere }\) \(\newcommand {\mA }{\milli \ampere }\) \(\newcommand {\A }{\ampere }\) \(\newcommand {\kA }{\kilo \ampere }\) \(\newcommand {\ul }{\micro \litre }\) \(\newcommand {\ml }{\milli \litre }\) \(\newcommand {\l }{\litre }\) \(\newcommand {\hl }{\hecto \litre }\) \(\newcommand {\uL }{\micro \liter }\) \(\newcommand {\mL }{\milli \liter }\) \(\newcommand {\L }{\liter }\) \(\newcommand {\hL }{\hecto \liter }\) \(\newcommand {\mHz }{\milli \hertz }\) \(\newcommand {\Hz }{\hertz }\) \(\newcommand {\kHz }{\kilo \hertz }\) \(\newcommand {\MHz }{\mega \hertz }\) \(\newcommand {\GHz }{\giga \hertz }\) \(\newcommand {\THz }{\tera \hertz }\) \(\newcommand {\mN }{\milli \newton }\) \(\newcommand {\N }{\newton }\) \(\newcommand {\kN }{\kilo \newton }\) \(\newcommand {\MN }{\mega \newton }\) \(\newcommand {\Pa }{\pascal }\) \(\newcommand {\kPa }{\kilo \pascal }\) \(\newcommand {\MPa }{\mega \pascal }\) \(\newcommand {\GPa }{\giga \pascal }\) \(\newcommand {\mohm }{\milli \ohm }\) \(\newcommand {\kohm }{\kilo \ohm }\) \(\newcommand {\Mohm }{\mega \ohm }\) \(\newcommand {\pV }{\pico \volt }\) \(\newcommand {\nV }{\nano \volt }\) \(\newcommand {\uV }{\micro \volt }\) \(\newcommand {\mV }{\milli \volt }\) \(\newcommand {\V }{\volt }\) \(\newcommand {\kV }{\kilo \volt }\) \(\newcommand {\W }{\watt }\) \(\newcommand {\uW }{\micro \watt }\) \(\newcommand {\mW }{\milli \watt }\) \(\newcommand {\kW }{\kilo \watt }\) \(\newcommand {\MW }{\mega \watt }\) \(\newcommand {\GW }{\giga \watt }\) \(\newcommand {\J }{\joule }\) \(\newcommand {\uJ }{\micro \joule }\) \(\newcommand {\mJ }{\milli \joule }\) \(\newcommand {\kJ }{\kilo \joule }\) \(\newcommand {\eV }{\electronvolt }\) \(\newcommand {\meV }{\milli \electronvolt }\) \(\newcommand {\keV }{\kilo \electronvolt }\) \(\newcommand {\MeV }{\mega \electronvolt }\) \(\newcommand {\GeV }{\giga \electronvolt }\) \(\newcommand {\TeV }{\tera \electronvolt }\) \(\newcommand {\kWh }{\kilo \watt \hour }\) \(\newcommand {\F }{\farad }\) \(\newcommand {\fF }{\femto \farad }\) \(\newcommand {\pF }{\pico \farad }\) \(\newcommand {\K }{\mathrm {K}}\) \(\newcommand {\dB }{\mathrm {dB}}\) \(\newcommand {\kibi }{\mathrm {Ki}}\) \(\newcommand {\mebi }{\mathrm {Mi}}\) \(\newcommand {\gibi }{\mathrm {Gi}}\) \(\newcommand {\tebi }{\mathrm {Ti}}\) \(\newcommand {\pebi }{\mathrm {Pi}}\) \(\newcommand {\exbi }{\mathrm {Ei}}\) \(\newcommand {\zebi }{\mathrm {Zi}}\) \(\newcommand {\yobi }{\mathrm {Yi}}\) \(\let \unit \si \) \(\let \qty \SI \) \(\let \qtylist \SIlist \) \(\let \qtyrange \SIrange \) \(\let \numproduct \num \) \(\let \qtyproduct \SI \) \(\let \complexnum \num \) \(\newcommand {\complexqty }[3][]{(\complexnum {#2})\si {#3}}\) \(\newcommand {\mleft }{\left }\) \(\newcommand {\mright }{\right }\) \(\newcommand {\mleftright }{}\) \(\newcommand {\mleftrightrestore }{}\) \(\require {gensymb}\) \(\newcommand {\intertext }[1]{\text {#1}\notag \\}\) \(\let \Hat \hat \) \(\let \Check \check \) \(\let \Tilde \tilde \) \(\let \Acute \acute \) \(\let \Grave \grave \) \(\let \Dot \dot \) \(\let \Ddot \ddot \) \(\let \Breve \breve \) \(\let \Bar \bar \) \(\let \Vec \vec \) \(\require {cancel}\) \(\newcommand {\Dm }{\operatorname {Dm}}\) \(\newcommand {\Vm }{\operatorname {Vm}}\) \(\newcommand {\Var }{\operatorname {Var}}\) \(\newcommand {\tcbset }[1]{}\) \(\newcommand {\tcbsetforeverylayer }[1]{}\) \(\newcommand {\tcbox }[2][]{\boxed {\text {#2}}}\) \(\newcommand {\tcboxfit }[2][]{\boxed {#2}}\) \(\newcommand {\tcblower }{}\) \(\newcommand {\tcbline }{}\) \(\newcommand {\tcbtitle }{}\) \(\newcommand {\tcbsubtitle [2][]{\mathrm {#2}}}\) \(\newcommand {\tcboxmath }[2][]{\boxed {#2}}\) \(\newcommand {\tcbhighmath }[2][]{\boxed {#2}}\) \(\newcommand {\toprule }[1][]{\hline }\) \(\let \midrule \toprule \) \(\let \bottomrule \toprule \) \(\def \LWRbooktabscmidruleparen (#1)#2{}\) \(\newcommand {\LWRbooktabscmidrulenoparen }[1]{}\) \(\newcommand {\cmidrule }[1][]{\ifnextchar (\LWRbooktabscmidruleparen \LWRbooktabscmidrulenoparen }\) \(\newcommand {\morecmidrules }{}\) \(\newcommand {\specialrule }[3]{\hline }\) \(\newcommand {\addlinespace }[1][]{}\) \(\def \LWRsiunitxrangephrase { \protect \mbox {to (numerical range)} }\) \(\def \LWRsiunitxdecimal {.}\)

10.5 Definition af differentialkvotienten

Vi har lært at differentialkvotienten \(f'\) er den funktion, som til ethvert \(x\) knytter hældningen på tangenten i \(\left (x,f(x)\right )\). Vi har lært at man finder forskriften \(f'\) ud fra tabeller, men vi mangler at forstå hvor disse tabeller kommer fra. Det viser sig desværre at vores beskrivelse af \(f'\) er for upræcis til, at vi kan bruge den til at bevise formlerne i tabellerne, så derfor vil nu lave en konstruktion, som vil munde ud i en formel definition af \(f\), der så kan bruges til af bevise de forskellige formler.

Vi starter med en funktion \(f\) og en \(x\)-værdi vi kalder \(x_0\).

(-tikz- diagram)

Til \(x_0\) hører der et punkt på grafen. Det kalder vi for \(P\), og det må have koordinaterne \(P(x_0,f(x_0))\)

(-tikz- diagram)

Ud fra \(x_0\) går vi nu et stykke ud af \(x\)-aksen. Det stykke vi går ud kalder vi \(\Delta x\) (læses ”delta x”), og vi lander på den måde i \(x_0+\Delta x\).

(-tikz- diagram)

Ud fra \(x_0+\Delta x\) har vi endnu et punkt på grafen. Det kalder vi \(Q\), og det må have koordinaterne \(Q(x_0+\Delta x, f(x_0+\Delta x))\):

(-tikz- diagram)

Vi tegner nu en linje gennem \(P\) og \(Q\). En linje gennem to punkter på en graf kaldes en sekant:

(-tikz- diagram)

Vi husker nu formlen for hældningen for en lineær funktion gennem to punkter:

\[a=\frac {y_1-y_0}{x_1-x_0}.\]

Vi kan bruge denne formel til at bestemme hældningen på sekanten, da vi kender to punkter på sekanten. Vi har:

\(\begin {array}{|c|c|} \hline \rowcolor {lightgray} \text {I formlen} & \text {På tegningen}\\ \hline x_0 & x_0\\ \hline y_0 & f(x_0)\\ \hline x_1 & x_0+\Delta x \\ \hline y_1 & f(x_0+\Delta x) \\ \hline \end {array}\)

Vi bestemmer nu sekanten hældning, \(a_\text {sekant}\), ved at indsætte i formlen:

\begin{align*} a_{\text {sekant}} & =\frac {y_1-y_0}{x_1-x_0}\\ = &\frac {f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{x_0+\Delta x -x_0}\\ = & \frac {f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x} \end{align*}

Sekantens hældning kaldes også differenskvotienten. Læg mærke til at ordet minder om ”differentialkvotient”. Vi har altså fået differenskvotienten til at give:

\[a_{\text {sekant}}=\frac {f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}.\]

Det næste der sker repræsenterer en helt ny måde at tænke matematik. Vi vil nu se på, hvad der sker, når \(\Delta x\) bliver mindre. Lad os prøve at gøre \(\Delta x\) mindre. Det vil medføre, at \(Q\) kommer tættere på \(P\), og sekanten ændrer hældning:

(-tikz- diagram)

Vi indtegner nu tangenten til \(P\).

(-tikz- diagram)

Vi kan se hældningen på den ny sekant (som svarede til et mindre \(\Delta x\)) er tættere på tangentens hældning i forhold til hældningen på den gamle sekant. Det er klart, at hvis vi gør \(\Delta x\) endnu mindre, kommer vi endnu tættere på tangentens hældning. Her har jeg lavet en tegning med et meget lille \(\Delta x\) (kun markeret med grøn streg):

(-tikz- diagram)

Vi kan se at sekanten nu nærmest ligger oven i tangenten, og derfor har de næsten samme hældning. Vi kan selvfølgelig gøre \(\Delta x\) endnu mindre, og på den måde er klart at vi kan få fat i tangentens hældning, ved at holde øje med sekantens hældning når vi gør \(\Delta x\) mindre. Vi husker at sekantens hældning var givet ved:

\[a_\text {sekant}=\frac {f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}\]

Tangentens hældning, \(a_\text {tangent}\), vil altså være dét, som dette udtryk nærmer sig, når \(\Delta x\) bliver mindre. Det skriver vi på følgende måde:

\[a_{\text {tangent}}=\lim _{\Delta x \to 0}\frac {f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}\]

Skrivemåden \(\lim _{\Delta x \to 0}\) læses ”grænseværdien, for \(\Delta x\) gående mod nul, af…” og betyder værdien som \(\frac {f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}\) nærmer sig, når \(\Delta x\) nærmer sig nul. Vi kan således definere \(f'(x_0)\) ved:

\[f'(x_0)=\lim _{\Delta x \to 0}\frac {f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}.\]

Så hvad er der sket her? Vi ville gerne definere differentialkvotienten som tangentens hældning. Men vores definition af begrebet ”tangent” som en linje der ”ligger op ad grafen” var for vag til den kunne bruges som grundlag for beregninger. Det er nu lykkes os at finde et udtryk for \(f'\), som man rent faktisk kan regne på (selvom det måske ikke liiiige er oplagt hvordan – mere om det i næste afsnit).

Ikke-differentiable funktioner

Vi har defineret differentialkvotienten \(f'\) i \(x\)-værdien \(x_0\) ved:

\[f'(x_0)=\lim _{\Delta x \to 0}\frac {f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}\]

Men vi har desværre været lidt uforsigtige. Det er nemlig ikke altid det går godt når vi lader \(\Delta x\) gå mod nul. Der er to typer af funktioner som er problematiske.

Funktioner med ”hop” (diskontinuerte funktioner)

Her et eksempel med en stykkevis defineret funktion:

(-tikz- diagram)

En funktion som hopper på den måde siges at være ikke-kontinuert (eller diskontinuert). Nåh, vi vælger et vilkårligt \(\Delta x\) og tegner en sekant:

(-tikz- diagram)

Det er en flot sekant. Lad os prøve at gøre \(\Delta x\) lille (og derfor kun markeret med en grøns streg):

(-tikz- diagram)

Denne sekant er også flot, men den er godt nok stejl og hvis vi gør \(\Delta x\) endnu mindre, bliver den endnu stejlere. Faktisk,er der ikke nogen grænse for hvor stejl den kan blive. Dvs. tangentens hældning nærmer sig ikke noget bestemt tal, og derfor er grænseværdien ikke defineret. Vi siger at funktion ikke-differentiabel.

Funktioner med knæk

Betragt følgende stykkevis definerede funktion:

(-tikz- diagram)

Som sædvanligt vælger vi et vilkårligt \(\Delta x\) og tegner en sekant:

(-tikz- diagram)

Det ser lidt sjovt ud, da tangenten ligger oven i grafen, men det er ikke noget problem. Vi ser også at når vi gør \(\Delta x\) mindre, sker der ikke noget med tangentens hældning. MEN hvad nu hvis \(\Delta x\) bliver negativ? Indtil videre har vi kun set på positive værdier at \(\Delta x\), men \(\Delta x\) må faktisk gerne være negativ. Lad os prøve at lave en tegning med et negativt \(\Delta x\). Det må betyde at vi går baglæns i forhold til \(x_0\):

(-tikz- diagram)

Igen har vi, at tangens hældning forbliver det samme, når vi gør \(\Delta x\) tættere på \(0\). Men denne hældning er anderledes end da \(\Delta x\) var positiv. Så vi har altså to forskellige grænseværdier alt efter om vi starter med et positivt eller negativt \(\Delta x\). Wait, That’s Illegal. Grænseværdien skal være den samme, uanset om man starter med et positivt eller et negativt \(\Delta x\). Så denne funktion er heller ikke differentiabel.

Definitionen

Vi har set at vi ikke bare kan definere differentialkvotienten som grænseværdien af tangentens hældning. For det er ikke altid den findes. Så hvis vi skal give en formel definition af differentialkvotienten er vi nødt til at tage højde for det: Lad \(f\) være en funktion og \(x_0\in \Dm (f)\). Hvis grænseværdien

\[\lim _{\Delta x \to 0}\frac {f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}\]

eksisterer, så siges funktionen at være differentialbel i \(x_0\), og differentialkvotienten \(f'(x_0)\) er givet ved

\[f'(x_0)=\lim _{\Delta x \to 0}\frac {f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}.\]

Funktionen siges at være differentialbel, såfremt den er differentiabel for alle \(x_0\in \Dm (f)\).

Læg mærke til at de to ikke-differentiable funktioner vi har set faktisk er differentiable i alle punkter undtagen et enkelt. Hvis man skal have det fornemme stempel ”differentiabel” skal man altså være differentiabel i alle punkter.

Ekstra

Jeg har introduceret differentialkvotienten som tangentens hældning og ud fra det konstrueret en formel definition. I virkeligeheden er det omvendt. Sekantens hældning udtrykker en gennemsnitsvækst over et interval. Har man f.eks. en bil der kører langs en vej og en funktion som beskriver den tilbagelagte afstand som funktion af tiden, så vil sekantens hældning være det samme som gennemsnitsfarten (hvor meget den tilbagelagte afstand er vokset pr. tid). Gør man \(\Delta x\) mindre, så tager man gennemsnitsfarten over et kortere interval og når man lader \(\Delta x\) gå mod nul, så får man momentalfarten (den øjeblikkelige fart) til tidspunktet \(x_0\). Det er det som er ideen med en differentialkvotient. Derfor bør udtrykket

\[f'(x_0)=\lim _{\Delta x \to 0}=\frac {f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}.\]

opfattes som den grundlæggende idé, og tangentens hældning som noget sekundært.