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导数与微分


导数与微分

求导数举例

求函数f(x)=xn(nN+)f(x)=x^n (n\in \mathbb{N_+} )的导数

n=1,f(x)=limh0f(x+h)f(x)h=1 \text{当}n=1\text{时},f'(x)=\lim_{ h \to 0 } \frac{f(x+h)-f(x)}{h}=1

n>1n\text{>}1

f(x)=limh0f(x+h)f(x)h=limh0(x+h)nxnh=k=0n1(nk)xkhnk+xnxnh=k=0n1(nk)xkhnk1=k=0n2(nk)xkhnk1+nxn1 \begin{align*} f'(x)=\lim_{ h \to 0 } \frac{f(x+h)-f(x)}{h}&=\lim_{ h \to 0 } \frac{(x+h)^n-x^n}{h}\\ &=\frac{\sum_{k=0}^{n-1}\binom {n} {k} x^kh^{n-k}+x^n-x^n}{h}\\ &=\sum_0^{n-1}\binom {n} {k} x^kh^{n-k-1}\\ &=\sum_0^{n-2}\binom {n} {k} x^kh^{n-k-1}+nx^{n-1} \end{align*}

limh0f(x)=limh0k=0n2(nk)xkhnk1+nxn1=nx1 \lim_{ h \to 0 }f'(x)=\lim_{ h \to 0 } \sum_0^{n-2}\binom {n} {k} x^kh^{n-k-1}+nx^{n-1}=n^{x-1}

求幂函数f(x)=xμ(μR)f(x)=x^\mu(\mu\in R)的导数

f(x+h)f(x)h=(x+h)μxμh=xμ1(1+hx)μ1hx \frac{f(x+h)-f(x)}{h}=\frac{(x+h)^\mu-x^\mu}{h}=x^{\mu-1}\cdot\frac{\left( 1+\frac{h}{x} \right)^\mu-1}{\frac{h}{x}}

利用

(1+x)α1αx(α为任意常数) (1+x)^\alpha-1\sim \alpha x(\alpha \text{为任意常数})

可得

f(x)=μxμ1 f'(x)=\mu x^{\mu-1}

函数可导性与连续的关系

可导一定连续,连续不一定可导

反函数求导法则

yf(u)y-f(u),而u=g(x)u=g(x)f(u)f(u)g(x)g(x)都可导,则复合函数y=f[g(x)]y=f[g(x)]的导数为

dydx=dydududx \frac{dy}{dx}=\frac{dy}{du}\cdot \frac{du}{dx}

y(x)=f(u)g(x) y'(x)=f'(u)\cdot g'(x)

常用导数

y=ln(x+a2+x2)    y=1a2+x2 y=\ln(x+\sqrt{ a^2+x^2 }) \implies y'= \frac{1}{\sqrt{ a^2+x^2 }}

y=ln(secx+tanx)    y=secx y=\ln(\sec x+\tan x)\implies y'= \sec x

y=ln(cscxcotx)    y=cscx y= \ln(\csc x-\cot x)\implies y'=\csc x

参数方程

对于参数方程

{x=φ(t),y=ψ(t) \begin{cases} x=\varphi(t), \\ y=\psi(t) \end{cases}

对应的导数

dydx=ψ(t)φ(t) \frac{dy}{dx}=\frac{\psi'(t)}{\varphi'(t)}

d2ydx2=ψ(t)φ(t)φ(t)ψ(t)φ3(t) \frac{d^2y}{dx^2}=\frac{\psi''(t)\varphi'(t)-\varphi'(t)\psi''(t)}{\varphi'^3(t)}

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渐进线

1.铅锤渐进线

limxx0+f(x)=\lim_{ x \to x_{0}^+ }f(x)=\infty(或limxx0f(x)=\lim_{ x \to x_{0}^- }f(x)=\infty),则x=x0x=x_{0}为一条铅垂渐近线

2.水平渐近线

limx+=y1\lim_{ x \to +\infty }=y_{1},或limx=y2\lim_{ x \to -\infty }=y_{2},或limx=y0\lim_{ x \to \infty }=y_{0},则对应的y=yiy=y_{i}为水平渐近线

3.斜渐近线

limx+f(x)x=a1,limx+[f(x)a1x]=b1\lim_{ x \to +\infty }\frac{f(x)}{x}=a_{1},\lim_{ x \to +\infty }[f(x)-a_{1}x]=b_{1},则y=a1x+b1y=a_{1}x+b_{1}是曲线y=f(x)y=f(x)的一条斜渐进线
xx\to-\inftyxx\to\infty同理