实在呢,要得出一个函数的二阶导数,并不是难事,只是将导数法连用两次就好了,比如前面我们拿来做例子的:
e=t2 (1)
它的导数是:
e'=2t (2)
将这个函数,照d=5t的例子计算,就可得出二阶导数:
e"=2 (3)
二阶导数对于导数的关系,恰和导数对于本来的函数的关系相同。导数表示本来的函数的变化,同样地,二阶导数就表示导数的变化。
我们开始讲导数时,用运动来做例子,现在再借重它来解释二阶导数,看能有什么玩意儿生出来不能。
我们曾经从运动当中看出来,导数是表示每一刹那间,一个点的速度。所谓速度的变化究竟是什么意思呢?假如一个东西,第一秒钟的速度是4尺,第二秒钟是6尺,第三秒钟的是8尺,这速度越来越大,按我们平常的说法,就是它越动越快。若是文气一点说,便是它的速度逐渐增加,你只不要把“增加”这个词看太呆板了,那么所谓增加也就是变化的意思。所以速度的变化,就只是运动的速度的增加,我们便说它是那运动的“加速度”。
要想求出一个运动着的点,它在一刹那间的加速度,只需将从前我们所用过的求一刹那间的速度的方法,重复用一次就行了。不过,在第二次的时候,有一点必得加以注意,第一次我们求的是距离对于时间的导数,而第二次所求的却是速度对于时间的导数。结果,所谓加速度这个东西,它就是等于速度对于时间的导数。我们可以用下面的一个式子来表示这种关系:
因为速度,它自己是用运动所经过的空间对于时间的导数来表示,所以加速度也只是这运动所经过的空间对于时间的二阶导数。
有了导数和二阶导数,应用它们,对于运动的情形我们更能知道得清楚些,它的速度的变化是怎样一个情景,我们便可完全明了。
假如一个点始终是静止着的,那么它的速度便是零,于是导数也就等于零。
反过来,假如导数,或是说速度,它等于零,我们就可以断定那个点是静止的。
跟着这个推论,比如已经知道了一种运动的法则,我们想要找出这运动着的点归到静止的时间,我们只要找出什么时候,它的导数等于零,那就成了。
随便举个例子来说,假设有一个点,它的运动法则是:
d=t2-5t
由以前讲过的例子,t2的导数是2t,而5t的导数是5,所以:
d'=2t-5 [10]
就是这个点的速度,在每一刹那t间是2t-5,若要问这个点什么时候得到静止,只要找出什么时候它的速度等于零就行了。但是,它的速度就是这运动的导数d'。所以若d'等于零时,这个点就是静止的。我们再来看d'怎样才等于零。它既等于2t-5,那么2t-5若等于零,d'也就等于零。因此我们可以进一步来看2t-5等于零需要什么条件。我们试解下面的简单方程式:
2t-5=0
解这个方程式的法则,我相信你没有忘掉,所以我只简洁地回答你,这方程式的根是2.5。假如t是用秒做单位的,那么,便是两秒半钟的时候,d'等于零,就是那个点,在开始运动后两秒半钟归于静止。
现在,我们另外讨论别的问题,假如那点的运动是匀速的,那么,导数或是说速度,它是一个常数。因此,它的加速度,或是说它的速度的变化,便等于零,也就是二阶导数等于零。一般的情况,一个常数的导数总是等于零的。
又可以掉过话头来说,假如有一种运动法则,它的二阶导数是零,那么它的加速度自然也是零。这就是表明它的速度老是一个样子没有什么变化。从这一点,我们可以知道,一个函数,若它的导数是零,它便是一个常数。