高阶求导在资料中很常见,最明显的就是泰勒级数,前面有关泰勒级数的文章已经说明了一阶求导,二阶求导,三阶求导的含义,但对它的直观几何意义本篇将进一步说明:

首先来看一个三角函数的曲线

一阶求导:大家都知道是在表示每一点的斜率。

高阶导数求法图(探讨高阶求导)(1)

二阶求导:是在表示斜率的变化率,如图棕色部分斜率不断增大,所以二阶导数肯定为正,曲线是向上凹的

高阶导数求法图(探讨高阶求导)(2)

如图红色部分斜率不断减小,所以二阶导数肯定为负,曲线是向上凸的。

高阶导数求法图(探讨高阶求导)(3)

例如下面两个图形,一个图形很陡,一个图形比较平缓,但它们的二阶导数肯定都是正数。

二阶导数为正,但斜率的变化率很大

高阶导数求法图(探讨高阶求导)(4)

二阶导数为正,但斜率的变化率较小

高阶导数求法图(探讨高阶求导)(5)

我们如何来理解这个二阶导数本质原理呢?

高阶导数求法图(探讨高阶求导)(6)

图中两个微小的变量dx,它们的增量之差就是d(df)。 你可以想下,如果f(x)是一次函数,d(df)肯定是0。因为df1=df2.

高阶导数求法图(探讨高阶求导)(7)

d(df)就是斜率的变换率乘以(dx)^2

高阶导数求法图(探讨高阶求导)(8)

二阶导数就是变化率的变化率比上(dx)^2

高阶导数求法图(探讨高阶求导)(9)

如图蓝色部分,斜率不断减小,说明汽车速度不断减小,所以二阶导数(加速度)为负。

同理另一部分,斜率不断增加,说明汽车速度在不断增加,所以二阶导数(加速度)为正。

高阶导数求法图(探讨高阶求导)(10)

位移的三阶导数我们取名为急动度,如果加速度变化率不为0,说明汽车在不断的加速前进。

高阶导数求法图(探讨高阶求导)(11)

以上就是对高阶导数的直观描述,高阶导数最大的应用就是泰勒级数。

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