高等數學 導數

2021-09-02 01:19:27 字數 4076 閱讀 8936

設函式y=f(x)在點x。某個領域內有定義,當自變數x在x。處取得增量▵x(點x。,▵x仍在定義域》 範圍內),相應的因變數取得增量▵y = f(x。+▵x)-f(x。),如果▵y與▵x之比當▵x->0時的極限存在,> 那麼稱函式y=f(x)在點x。處可導,並稱這個極限為函式y=f(x)在點x。處的導數,記為f『(x。),>即:

f『(x。) = lim(▵x->0)▵y/▵x = lim(x->0) f(x。+▵x)-f(x。)/▵x,也可記作:y』|x=x。,dy/dx|x=x。

定理1:

如果函式u=u(x)及v=v(x)都在點x具有導數,那麼它們的和、差、商、積都在x具有導數,且:

1、[u(x)±v(x)]』 = u'(x)+v'(x)

2、[u(x)v(x)]』 = u'(x)v(x)+ u(x)v'(x)

3、[u(x)/v(x)]』 = (u'(x)v(x)- u(x)v'(x))/v^2(x)(v(x)≠0)

證1(lim▵x0->0):

[u(x)±v(x)]』

=(u(x-▵x)±v(x-▵x))-(u(x)±v(x))/▵x

=(u(x-▵x)-u(x))/▵x ± (v(x-▵x)-v(x))/▵x

=u』(x)±v』(x)

證2(lim▵x0->0):

[u(x) v(x)]』

=(u(x+▵x) v(x+▵x))-(u(x) v(x))/▵x

=v(x+▵x)(u(x+▵x)-u(x))/▵x+ u(x+▵x)(v(x+▵x)-v(x))/▵x

=u』(x)v(x)+ u(x)v』(x)

證3(lim▵x0->0):

[u(x) / v(x)]』

=(u(x+▵x) /v(x+▵x))-(u(x) / v(x))/▵x

=(u(x+▵x) v(x)-v(x+▵x)u(x) )/(v(x)v(x+▵x)▵x)

=(u(x+▵x)v(x)-v(x)u(x)-ux(v(x+▵x)-v(x))/▵x/(v(x)v(x+▵x)

=(u』(x)v(x)+ u(x)v』(x))/(v(x)v(x+▵x)

=(u』(x)v(x)+ u(x)v』(x))/v^2(x)

定理2:

>如果函式x=f(y)在區間iy內單調、可導且f『(y)≠0,那麼它的反函式y=f-1(x)在區間ix=內也可導,則:

>[f-1(x)] = 1/f』(y) 即:反函式的導數等於直接函式導數的倒數

定理3:

>如果u=g(x)在點x可導,而y=f(u)在點u=g(x)可導,那麼符合函式y=f[g(x)]在點x可導,且其導數為:

dy/dx=f'(u) * g'(x)

定理2舉例:

y=(arcsinx),ix∈(-π/2,π/2)求其導數:

∵y=(arcsinx),則x=sin(y),

∵sin(y)』=cos(y),且y=(sinx)在ix∈(-π/2,π/2)單調可導,cos(y)≠0,

根據定理2得:

y=(arcsinx)『=1/cos(y)=1/√(1-sinx^2)=1/√1-x ^2 (ix∈(-π/2,π/2))

定理3舉例:

y=e^(x ^ 3),求其導數:

設 y=e^ u , u=x^3,根據定理3得:

y『=e』(u)u』(x)=e ^u3x ^2

=ex3 * 3x ^2

導數習題:

1、求y=sin(2x/(1+x^2))導數:

設y=sin(u),u=2x/(1+x^2);

根據定理3,得:

y』=cosu * u』=cos(2x/(1+x^2)) * u』;

設u=k/t,則k=2x,t=(1+x^2);

根據定理1,得:

u』=(2 * (1+x^2)-2x * 2x)/(1+x ^2) ^2

=2(1-1x ^2)/(1+x ^2) ^2

y』=cos(2x/(1+x^2)) * 2(1-1x ^2)/(1+x ^2) ^2;

2、求y=lncos(e^x)導數:

設y=ln(u),u=cos(e^x);根據定理3,得:

y』=1/cos(e^x) * u』;

設u=cos(t),t=e^x;根據定理3,得:

u』=-sin(e^x) * e^x;

y』=-1/cos(e^x) * sin(e^x) * e^x;

y』=-1/tan(e^x) * e ^x;

常用的導數:

(c')=0;

(x^u)'=ux ^(u-1);

(sinx)'=cosx; (cosx)'=-sinx;

(tanx)'=sec^2x; (cotx)'=-csc ^2x;

(a^x)'=a ^xlna(a>0,a≠1);

(log_ax)'=1/xlna(a>0,a≠1); (lnx)'=1/x;

一般地,函式y=f(x)的導數y』=f』(x)仍然是x的函式,我們把y』=f』(x)的導數叫做函式y=f(x)的二階導數,記作y』'或d^2y/dx ^2 = d(dy/dx)/dx,二階及二階以上的導數叫做n階導數。

常用的高階導數:

y=sinx;y^'(n)=sinx(x+n * π/2);

y=cosx;y^'(n)=cos(x+n * π/2);

y=ln(1+x);y^'(n)=(-1)^(n-1) * (n-1)!/(1+x)^n;

y=x^u;y^'(n)=u * (u-1) * .... * (u-n+1)* x^(u-n+1),當n=u, y^'(n)=n!

y=(u(x)+v(x));y^'(x)=u^'(x)+v^'(x);

y=(u(x) * v(x));y^'(x)=∑(k=0,k->n)_cnu^(n-k) * v^(k)

如果變數x和y滿足乙個方程f(x,y)=0,在一定條件下,當x取區間內的任一值時,相應的總有滿足方程的唯一的y值存在,那麼就說方程f(x,y)=0在該區間內確定乙個隱函式。

隱函式求導方法:

1.求由方程e^y+xy-e=0所確定的隱函式的導數dy/dx。

步驟一:根據導數相乘法則,對方程左右兩邊分別求導得:

e^y*y』+y+xy』 = 0;

y』 = -y/(e^y+x),x+e ^y』≠0;

2.求y^5+2y-x-3x ^7 = 0;

5y^4y』+2y』-1+21x ^6 = 0;

5y^4y』+2y』 = 1+21x ^6;

y』 = (1+21x ^6)/5y ^4+2;

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