当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第四章 导数与微分 > 第二节 导数与微分的运算 > 导数的四则运算
前面我们介绍了导数和微分的概念
我们知道了导数和微分都是一个数值
那么作为一个数来说
如何计算它的大小
就是我们在讨论导数和微分的问题中
很重要的问题了
接下来我们开始介绍
怎么样进行导数和微分的计算
这实际是我们第二节开始介绍的内容
我们先介绍一下导数的运算
我们第一个
因为函数最基本的运算应该是四则运算
所以我们先介绍一下导数的四则运算
写成一个定理
也就是
若f(x),g(x)在x_0可导
则f(x)加上g(x)这个函数在x_0处
它也是可导的
而且它的导数值就等于
f'(x_0)加上g'(x_0)
第二个也就是f(x)g(x)
这个函数在x_0这一点也是可导的
而且它的导数是等于f的导数乘上g(x_0)
再加上f(x_0)乘上g'(x_0)
在g(x_0)不等于0的时候
我们这个除法运算是可以进行的
那么这个商的导数也是有的
它在x_0这点的导数值
应该是f'(x_0)g(x_0)减掉f(x_0)g'(x_0)
再除上g(x_0)的平方
这是我们要介绍的
四则运算中的三个求导运算公式
第一个两个函数加起来的导数
等于这两个函数导数之和
第二个两个函数乘积的导数
等于f(x)的导数乘上g(x)的函数值
再加上f(x)的函数值乘上g(x)的导数值
然后两个函数商的导数
是等于分子的导数乘上分母
减掉分子乘上分母的导数除上分母的平方
那么就是说在这三个求导公式里面
加法公式当然与我们前面介绍的极限运算
应该是类似的
然后求导公式
乘法的求导公式大家要注意
它是两项之和
而每一项应该是交叉乘积
所谓交叉乘积指的是一项求导
一项不求导
而第三个除法的导数公式
请大家一定要注意
这个地方是减号
所以说谁在前谁在后是对结果有影响的
另外一个这个地方是一个平方
也就是说要记除法公式的时候
不要忽略这个减号和这个平方
如果记住了这两点
当然除法公式也就记住了
当然有了乘法公式之后
大家知道我们自然就会得到
一个常数乘上f(x)
那么它的导数应该也是存在的
而且就等于这个常数乘上f'(x_0)
因为前面我们已经介绍过
常数的导数等于0
也就是在这里面如果g(x)是常数的时候
后面这一项是不出现的
那有了这个数乘的运算之后
我们知道这个加法公式里面
实际减法也是对的
相当于-g(x)理解成是
就是说-1乘上g(x)
做这个导数运算
所以说我们这个减法有了数乘之后也是成立的
接下来我们对这个公式做一个简短的证明
先说这个加法公式
加法公式我们证明的时候
也就是要证这个东西
说x趋向于x_0时
我们的(f(x)+g(x))
减掉(f(x_0)+g(x_0))
再除上x-x_0
就是看这个极限是否存在
存在的时候这个极限值是多少
那根据我们的条件
我们的条件是什么
我们的条件是
我(f(x)-f(x_0))除上(x-x_0)
和(g(x)-g(x_0))再除上(x-x_0)
我知道这两个比值的极限存在
那大家看一下
上面这个比值
跟下面这两个比值的关系是什么
实际上因为加法是有交换律的
它就是下面这两个比值之和
这样写开之后
利用极限的加法运算
我们知道这两个加起来的极限
应该等于它们的极限之和
而它们的极限分别就是
f(x)在(x_0)这点的导数和g(x)在(x_0)这点的导数
这就是加法的求导公式
类似的我们来看一下乘法
乘法我们就是要看这个极限是否存在
那我们的条件是什么
我们的条件仍然是这两个比值的极限存在
那我们怎么样把这个比值
与这两个比值联系起来
我们自然的就要做这么一个变形
也就是为了要把f(x)减f(x_0)写出来
我们这个地方给它写成
f(x)乘上g(x)减f(x_0)乘上g(x)
这样我们把g(x)提出来之后
就会剩下一个f(x)减f(x_0)
然后再给它加上f(x_0)乘上g(x)
再减掉f(x_0)乘上g(x_0)
然后除上x-x_0
我们对这个关系式
整理成我们已知条件的形式
也就是x趋向于x_0
这是(f(x)-f(x_0))除上(x-x_0)乘上g(x)
再加上(g(x)-g(x_0))
除上(x-x_0)再乘上f(x_0)
就是这个样子
现在我们来分析一下这两项中这几个因子
这个比值的极限就是f'(x_0)
这个g(x)的极限
我们就用一下g(x)在x_0那点是可导的
所以它一定是连续的
那么它的极限值就应该是x_0那一点的函数值
然后这一个
这个比值就是g(x)在x_0那点的导数值
而这时一个常数
所以说利用极限的四则运算
我们这个表达式的极限
就应该等于f'(x_0)乘上g(x_0)
再加上g'(x_0)再乘上f(x_0)
而这就是我们乘积函数的导数公式
然后关于商函数
因为我们已经证明了乘法的求导公式
所以关于最后一个公式
我们只证明一下
倒数函数的求导公式就可以了
也就是说我们来看一下
x趋向于x_0时
g(x)分之一减掉g(x_0)分之一
再除上这个x减x_0
就是看一下这个比值的极限是否存在
存在的时候极限值是什么
那我们给它整理一下
也就是x趋向于x_0时
这个给它通分(g(x)g(x_0))分之一
这个就变成了(g(x_0)-g(x))再除上(x-x_0)
跟刚才的理由一样
因为g(x)在x_0这点是可导的
所以它是连续的
也就是说这个极限值应该就是g(x_0)
接下来我们这个条件是说
g(x)-g(x_0)除上x-x_0的极限
是g(x)在x_0那点的导数值
现在差一个符号
所以利用极限的运算性质
这边也就是负的然后是一个g'(x_0)
再一个是g(x_0)这个函数值的平方
这样我们就证明了倒数函数的求导公式
有了倒数函数
那么我们这个f(x)除上g(x)
大家自然可以看成是f(x)乘上g(x)分之一
再利用乘积函数的导数公式
我们自然可以把这个商函数的导数公式
给推到出来
这是我在函数运算里面
最基本的四则运算它的求导法则
刚才我们介绍了
就是函数四则运算的求导法则之后
我们接下来来看几个常见函数的导数公式
第一个我们就来看一下
这个正切函数它的导数
正切函数的导数
我们可以把它看成是sin(x)比上cos(x)的导数
在前面介绍导数定义时
我们用定义求出了
sin(x)在每一点的导数是cos(x)
实际上大家用定义
自然也可以用类似的方式
求出cos(x)的导数应该是负的sin(x)
这个导数公式是用导数定义就可以求出的
那有了sin和cos的导数公式之后
我们知道这个应该就是
sin的导数是cos乘上分母还是cos
再减掉分子是sin
再乘上分母的导数
cos的导数是负的sin
也就是负sinx
再除上分母的平方
而分子正好是cos方加sin方
它应该是等于1的
所以这样我们就得到了
正切的导数是cos(x)方分之一
而cos的倒数我们知道是正割函数
所以说我们有时候
把正切的导数就表示成正割的平方
与正切的导数类似
大家来求一下余切的导数
我们自然就给它处理成
cosx比上sinx这个商函数的导数
也就是分子的导数是负的sinx乘上分母
再减掉分子再乘上分母的导数
分母的导数是cos再除上分母的平方
上面正好是负的sin方减掉cos方是-1
所以这一个我们求出来
是负的sinx方分之一
而正弦的倒数我们一般叫做余割函数
也就是csc
然后它是平方
所以这样这就是余切的导数
那么有了sec和csc的概念之后
那么sec的导数是什么
sec的导数也就是cosx的倒数的导数
刚才我们证明过倒数的求导公式
应该是负的分母的导数
也就是负的sinx
再除上分母的平方
也就是sinx比上cosx方
那么我们可以用正切和正割来表示
也就表示成正割乘上正切
这是正割的导数
最后一个余割的导数
请大家作为练习自己推导
也就是说余割是正弦的倒数
那大家看一下
你推导出来是不是就是余割乘上余切
前面差一个负号
这样我们就把除了正弦余弦函数的导数公式之外
正切、余切、正割、余割
利用导数的四则运算
我们都得到了他们的导数公式
实际上这些公式也是我们在求导运算里面
经常要用到的求导公式
希望大家能够把它记准、记牢
然后接下来我们再举一个例子
这例子是说f(x)就等于x乘上(x+1)
再乘上(x+2)一直乘到(x+n)
那么我们求一求这个函数
它的导数在0这点的值
实际上我们在介绍四则运算的时候
我们自然是以两个函数的加减乘除为例
来求它的导数
但实际上四则运算法则
可以推广到任意有限个函数的运算
在这个题目里面
我们看一下这应该就是n+1个因子
那我们先简单的说一下
如果我是三个因子的时候
我该怎么去求这个导数
比如说如果是x乘上(x+1)
再乘上(x+2)这三个因子的时候
我来求f的导数
应该就是这样给他看成是两个函数相乘
它应该是第一因子的导数是1
乘上第二个因子也就是这两个乘起来
再加上第一个因子不动
第二个因子也就是中括号求导
中括号求导我们再看成两个因子
应该是一个是x加1求导是1
乘上x加上2
然后再一个是x乘上
这个不动
这个求导
这个不动是x加上1
x加上2求导又是1
最后我们就写出这三项来
实际上我们可以很容易的证明
如果它是n个因子相乘
那么乘积函数的导数应该是有两项做加法
而每一项是其中一个因子求导
其他因子不动做乘积
有了这个结论之后
我们回过头来看我们这个题目
这个题目我们知道它的导数应该就等于
x求导其他不动
所以说应该剩下的是
(x+1)乘上(x+2)一直乘到(x+n)
接下来再加上第二项求导
其他的不动
第二项导数是1
所以其他不动也就是x(x+2)一直乘到(x+n)
第三项应该是(x+2)求导
其他的不动
(x+2)的导数也是1
所以说写出来应该是
x乘上(x+1)乘上(x+3)再一直乘到(x+n)
其他的大家可以这样写出来
考虑到我们求的是在x等于0这点的导数值
那大家看一下
除了第一项之外
其他的所有项都应该是有x这个因子
那么x等于0时
其他项的值全等于0
所以我们求的这个f'(0)
也就等于1乘2乘3一直乘到n
这实际上就是咱们中学里面讲过的n的阶乘
所以我们最后的结果应该就是n的阶乘
这是关于函数四则运算的求导公式
或者叫导数的四则运算法则
-序言
--序言
-第一节 实数集的界与确界
--实数集的界
--实数集的确界
-第一节思考与练习
--思考题
--练习题
-第二节 函数的概念
--分段函数与隐函数
-第二节思考与练习
--思考题
--练习题
-第三节 函数的运算
--函数的反函数
-第三节思考与练习
--思考题
--练习题
-第四节 函数的初等性质
--函数的凸性
-第四节思考与练习
--思考题
--练习题
-第五节 初等函数
--初等函数
-第五节思考与练习
--思考题
--练习题
-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线
-第一节 数列极限的概念与性质
--无穷大量
-第一节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第一节思考与练习
-第二节 数列极限存在的充分条件
--单调有界收敛定理
-第二节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第二节思考与练习
-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则
-第三节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第三节思考与练习
-第四节 函数极限的概念与性质
--函数极限的概念
--函数极限的性质
-第四节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第四节思考与练习
-第五节 函数极限的运算
-第五节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第五节思考与练习
-第六节 无穷小量及其(阶的)比较
--无穷小量的比较
-第六节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第六节思考与练习
-第一节 连续函数的概念与性质
--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第一节 思考与练习
-第二节 闭区间上连续函数的性质
-第二节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第二节 思考与练习
-第三节 函数的一致连续性
--一致连续的概念
-第三节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第三节 思考与练习
-第一节 导数与微分的概念
--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
-第一节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习
-第二节 导数与微分的运算
--导数的四则运算
--反函数求导法
-第二节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习
-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数
--高阶导数
-第三节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习
-第一节 微分中值定理
--Fermat定理
--Rolle定理
-第一节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
-第二节 L'Hospital 法则
--0/0型不定式
--∞/∞型不定式
--其他形式的不定式
-第二节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第二节 思考与练习
-第三节 函数的单调性与极值
--函数的单调性
--函数的极值
--函数最值的求法
-第三节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第三节 思考与练习
-第四节 函数的凸性与拐点
--函数凸性的判别法
--拐点
--曲线的渐近性
-第四节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第四节 思考与练习
-第五节 Taylor 公式
-第五节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第五节 思考与练习
-第一节 概念与性质
--原函数的概念
--6-1视频纠正
-第一节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习
-第二节 换元积分法
--第一换元法
--第二换元法
-第二节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习
-第三节 分部积分法
--分步积分法
-第四节 有理函数的积分
--html
--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习
-第五节 简单无理式的积分
--无理函数的有理化
--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习
-第一节 积分概念与积分存在条件
--定积分的概念
-- 函数的可积性
--第七章 定积分--第一节思考与练习
-第二节 定积分的性质
--定积分的性质
--定积分性质的应用
-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式
--变上限积分
--复合变限积分
--定积分的计算
--第七章 定积分--第三节思考与练习
-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法
--第七章 定积分--第四节思考与练习
-第五节 定积分的几何应用
--平面区域的面积
--曲线的弧长
--平面曲线的曲率
--第七章 定积分--第五节思考与练习
-第六节 定积分的物理应用
--物理应用简介
-第七节 反常积分
--反常积分
--其他无穷积分
--第七章 定积分--第七节思考与练习
-第一节 数项级数的概念与性质
--第八章 级数--第一节 思考与练习
-第二节 正项级数的收敛判别法
--第八章 级数--第二节 思考与练习
-第三节 任意项级数
--交错项级数
--绝对值判敛法
--第八章 级数--第三节 思考与练习
-第四节 函数级数
--第八章 级数--第四节 思考与练习
-第五节 幂级数
--Abel判别法
--收敛半径与收敛域
--幂级数的分析性质
--幂级数求和
--第八章 级数--第五节思考与练习
-第六节 傅里叶级数
--三角函数的正交性
--第八章 级数--第六节思考与练习