引入

在 处有”导数”吗?为什么从左边看斜率是 ,从右边看是 ?

判断分段函数在分段点是否可导,为什么必须分别算左右?

一个函数在某点可导,等价于左右导数存在且相等——这句话为什么是定理而不是定义?

正文

定义

设 在 的左侧邻域内有定义,若 存在,称为 在 处的左导数。同理定义右导数

可导的充要条件

定理

存在 在 处的左、右导数都存在且相等。

为什么是”且相等”而不是”都存在”? 因为导数的定义是一个双侧极限。双侧极限存在的充要条件是两个单侧极限存在且相等,这正是极限理论中的基本结论。

分段函数的可导性判断

步骤操作
1先用连续性检验:不连续必不可导
2分别求左右导数
3比较是否相等

连续性检验优先的原因:若分段点不连续,可导性直接判定为否,不必再算导数。

以 为例:

项目左右
导数
结论不等,不可导

再以 为例:

项目左右
导数
结论相等,可导,

两个函数的图像都”经过原点”,但一个可导、一个不可导。差别在于两侧的斜率是否趋于同一个值。

与连续性的关系

情形左右极限左右导数结论
光滑相等相等可导
尖点相等不等不可导但连续
跳跃不等至少一侧不存在不连续

尖点是”连续但不可导”的典型,跳跃是”不连续”的典型。

闭区间上的可导性

若 在 内可导,且在 处右导数存在、在 处左导数存在,则称 在 上可导。

这个约定在 微分中值定理 中很重要:罗尔定理要求函数在闭区间上连续、开区间内可导,端点只要求单侧连续。

应用:判断绝对值函数

在 处的可导性:

条件结论
不可导(尖点)
可能可导,需进一步判断

例如 在 处可导且导数为 ,因为 在 处的切线是水平的,取绝对值不产生尖点。

常见误区

错误说法问题
”左右导数都存在就可导”还需相等
”连续就可导”尖点是反例
”分段函数在分段点一定不可导”可能可导,如
“左导数就是把 取负”是取左极限,不是取负值
”闭区间上可导要求在端点双侧可导”只需单侧

引出

为什么双侧极限存在的充要条件是左右极限存在且相等?

有没有函数在某点连续但左右导数都不存在?

单侧导数在数值方法中有什么对应物?