第四章 微分 — 例子
定义 导数 — 例子
例1:f(x)=x3,f′(x)=limh→0h(x+h)3−x3=limh→0(3x2+3xh+h2)=3x2。
例2:f(x)=∣x∣ 在 x=0 处不可导:hf(0+h)−f(0)=h∣h∣,左极限为-1,右极限为1,[[第三章 函数极限与连续函数#定义 函数极限(ε-δ 定义)|极限]]不存在。
定义:定义 导数
定义 左导数与右导数 — 例子
例1:f(x)=∣x∣ 在 x=0 处:f−′(0)=limh→0−h∣h∣=−1,f+′(0)=limh→0+h∣h∣=1。f−′(0)=f+′(0),故 f′(0) 不存在。
定义:定义 左导数与右导数
定义 微分 — 例子
例1:f(x)=x2,df=2xdx。当 x=3,Δx=0.01 时,Δf=(3.01)2−9=0.0601,df=2×3×0.01=0.06,误差 0.0001 很小(o(Δx) 是比 Δx 高阶的无穷小量)。
定义:定义 微分
定义 高阶导数 — 例子
例1:f(x)=ex,f(n)(x)=ex(所有阶导数都等于自身)。
例2:f(x)=sinx,f′(x)=cosx,f′′(x)=−sinx,f′′′(x)=−cosx,f(4)(x)=sinx(周期为4)。
定义:定义 高阶导数
定义 参数式函数的导数 — 例子
例1:{x=t−sinty=1−cost(摆线),dxdy=x˙y˙=1−costsint。
定义:定义 参数式函数的导数
定理 可微与可导等价 — 例子
例1:f(x)=x2 在 x=3 处可导(f′(3)=6),由可微与可导等价,故可微,df=6dx。
例2:f(x)=∣x∣ 在 x=0 处不可导,故也不可微。
定理:定理 可微与可导等价
定理 线性运算 — 例子
例1:(3x2−5x)′=3⋅2x−5=6x−5(由线性运算)。
例2:(ex+sinx)′=ex+cosx。
定理:定理 线性运算
定理 乘法法则 — 例子
例1:(x2sinx)′=2xsinx+x2cosx(由乘法法则)。
例2:(excosx)′=excosx−exsinx=ex(cosx−sinx)。
定理:定理 乘法法则
定理 除法法则 — 例子
例1:(tanx)′=(cosxsinx)′=cos2xcos2x+sin2x=sec2x(由商的求导法则)。
例2:(x2+1x)′=(x2+1)2(x2+1)−x⋅2x=(x2+1)21−x2。
定理:定理 除法法则
定理 反函数求导定理 — 例子
例1:y=arcsinx 是 x=siny 的反函数,由反函数求导定理,(arcsinx)′=cosy1=1−x21。
例2:y=lnx 是 x=ey 的反函数,(lnx)′=ey1=x1。
定理:定理 反函数求导定理
定理 复合函数求导法则(链式法则) — 例子
例1:(ex2)′=ex2⋅2x=2xex2(由链式法则)。
例2:(sin(lnx))′=cos(lnx)⋅x1=xcos(lnx)。
定理:定理 复合函数求导法则(链式法则)
定理 高阶导数的线性性 — 例子
例1:(x3+ex)′′=(3x2+ex)′=6x+ex(由高阶导数的线性性)。
定理:定理 高阶导数的线性性
定理 Leibniz公式 — 例子
例1:求 (x2ex)(n)。设 u=x2,v=ex。u′=2x,u′′=2,u(k)=0(k⩾3)。由Leibniz公式:(x2ex)(n)=x2ex+n⋅2x⋅ex+2n(n−1)⋅2⋅ex=ex(x2+2nx+n(n−1))。
例2:求 (xsinx)′′。(xsinx)′=sinx+xcosx(乘法法则),(xsinx)′′=cosx+cosx−xsinx=2cosx−xsinx。用Leibniz公式验证:(02)x⋅(−sinx)+(12)⋅1⋅cosx=−xsinx+2cosx ✓
定理:定理 Leibniz公式