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函数的求导法则

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函数的和、差、积、商的求导法则

定理 1 如果函数 u=u(x)u = u(x)v=v(x)v = v(x) 都在点 xx 具有导数,那么它们的和、差、积、商(除分母为零的点外)都在点 xx 具有导数,且

  1. [u(x)±v(x)]=u(x)±v(x)[u(x) \pm v(x)]' = u'(x) \pm v'(x)
  2. [u(x)v(x)]=u(x)v(x)+u(x)v(x)[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)v2(x)(v(x)0)\left[ \frac{u(x)}{v(x)} \right]' = \frac{u'(x) v(x) - u(x) v'(x)}{v^2(x)} \quad (v(x) \neq 0)

反函数的求导法则

定理 2 如果函数 x=f(y)x = f(y) 在区间 IyI_y 内单调、可导且 f(y)0f'(y) \not = 0,那么它的反函数 y=f1(x)y = f^{-1}(x) 在区间 Ix=xx=f(y),yIyI_x = {x | x = f(y), y \in I_y} 内也可导,且:

[f1(x)]=1f(y)dydx=1dxdy[f^{-1}(x)]' = \frac{1}{f'(y)} \quad \text{或} \quad \frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} = \frac{1}{\frac{\mathrm{d} x}{\mathrm{d} y}}

复合函数求导法则(链式法则)

定理 3

如果 u=g(x)u = g(x) 在点 xx 可导,而 y=f(u)y = f(u) 在点 u=g(x)u = g(x) 可导,那么复合函数 y=f[g(x)]y = f[g(x)] 在点 xx 可导,且其导数为:

dydx=f(u)g(x)dydx=dydududx\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} = f'(u) · g'(x) \quad \text{或} \quad \frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} = \frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} u} · \frac{\mathrm{d} u}{\mathrm{d} x}

基本求导法则与导数公式

常数和基本初等函数的导数公式

  1. (C)=0(C)' = 0
  2. (xμ)=μxμ1(x^\mu)' = \mu x^{\mu - 1}
  3. (sinx)=cosx(\sin x)' = \cos x
  4. (cosx)=sinx(\cos x)' = -\sin x
  5. (tanx)=sec2x(\tan x)' = \sec^2 x
  6. (cotx)=csc2x(\cot x)' = -\csc^2 x
  7. (secx)=secxtanx(\sec x)' = \sec x\tan x
  8. (cscx)=cscxcotx(\csc x)' = -\csc x\cot x
  9. (ax)=axlna(a>0,a1)(a^x)' = a^x \ln a (a > 0, a \not = 1)
  10. (ex)=ex(e^x)' = e^x
  11. (logax)=1xlna(a>0,a1)(\log_a x)' = \frac{1}{x \ln a} (a > 0, a \not = 1)
  12. (lnx)=1x(\ln x)' = \frac{1}{x}
  13. (arcsinx)=11x2(\arcsin x)' = \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}
  14. (arccosx)=11x2(\arccos x)' = -\frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}
  15. (arctanx)=11+x2(\arctan x)' = \frac{1}{1 + x^2}
  16. (arccotx)=11+x2(\text{arccot} x)' = -\frac{1}{1 + x^2}

函数的和、差、积、商的求导法则

u=u(x),v=(x)u = u(x), v = (x) 都可导,则:

  1. (u±v)=u±v(u \pm v)' = u' \pm v'
  2. (Cu)=Cu(Cu)' = Cu'CC 是常数)
  3. (uv)=uv+uv(uv)' = u'v + uv'
  4. (uv)=uvuvv2(\frac{u}{v})' = \frac{u'v -uv'}{v^2}v0v \not = 0

次方根函数求导

次方根函数的一般形式为:

y=f(x)ny = \sqrt[n]{f(x)}

其中:

  • nn 是次方根的阶数(正整数),如平方根 (n=2n = 2)、立方根 (n=3n = 3) 等。
  • f(x)f(x) 是关于变量 xx 的函数。

目标是对 yy 关于 xx 求导,即找到 y=dydxy' = \frac{dy}{dx}

将次方根转换为幂指数形式

为了方便求导,可以利用 指数函数 的性质,将次方根函数转换为幂的形式:

y=[f(x)]1ny = \left[ f(x) \right]^{\frac{1}{n}}

这样一来,就可以使用幂函数的求导公式和链式法则。

平方根导数

函数:

y=f(x)=[f(x)]12y = \sqrt{f(x)} = [f(x)]^{\frac{1}{2}}

导数:

y=12[f(x)]12f(x)=f(x)2f(x)y' = \frac{1}{2}[f(x)]^{-\frac{1}{2}} \cdot f'(x) = \frac{f'(x)}{2\sqrt{f(x)}}

立方根导数

函数:

y=f(x)3=[f(x)]13y = \sqrt[3]{f(x)} = [f(x)]^{\frac{1}{3}}

导数:

y=13[f(x)]23f(x)=f(x)3[f(x)]23y' = \frac{1}{3}[f(x)]^{-\frac{2}{3}} \cdot f'(x) = \frac{f'(x)}{3[f(x)]^{\frac{2}{3}}}

次方根导数的通用形式

y=[f(x)]1n    y=1n[f(x)]1n1f(x)=f(x)n[f(x)]n1ny = [f(x)]^{\frac{1}{n}} \implies y' = \frac{1}{n}[f(x)]^{\frac{1}{n} - 1} \cdot f'(x) = \frac{f'(x)}{n[f(x)]^{\frac{n - 1}{n}}}