当前课程知识点:微积分I > 第三章 导数与微分 > 3.2 求导法则 > 3.2.7 对数求导法
同学们好
这一讲课我们学习对数求导法
首先观察下面两个函数
如果要求出它们的导数
会如何计算呢
第一个函数
如果直接用商的求导法则
由于分子是两个分式的乘积
而且其中一个因式
还含有根号
你会发现计算过程和表达式都非常的复杂
而第二个函数y=xˢⁱⁿˣ
求y的导数
注意到底数和指数
都在变化
这样的函数是幂指函数
没有现成的求导公式
所以对这两种类型的题目
方法是先在方程两边取对数
然后利用复合函数的求导方法求出导数
也就是说
对数求导法的适用范围是
用乘除 根式表达比较复杂的函数
以及幂指函数u(x)ᵛ⁽ˣ⁾的情形
简而言之就是多个函数相乘除
或者是幂指函数的情形
对数求导法常常会用到
同学们高中学过的关于对数函数的公式
我们来给大家复习一下
设a>0
b>0
则
lnab=lna+lnb
lna/b=lna-lnb
lnaᵇ=blna
b属于实数
lnaᶺ(1/b)
就等于(1/b)lna
b属于实数
具体来说比如
ln[(x+1)(x-1)ᶺ1/3]
我们用乘积的对数就等于分别取对数作和
可以把它写开
写开以后
我们观察第二个式子
第二个式子里面
ln的自变量是(x-1)ᶺ(1/3)
我们把它用对数函数的性质
把这个开三次方拿到外面去
就写成是加上(1/3)ln(x-1)
下面我们用例题来给大家演示一下
对数求导法
来看例题1
求函数
y= 它的导数
根据刚才的分析
注意到函数y 是多个函数相乘除的形式
且含有根式
所以等式两边取对数
得到lny=ln(x+1)+(1/3)ln(x+1)-2ln(x+4)-x
在这个式子当中
涂红的部分是怎么得到的呢
这里其实用到了对数函数的性质
商的对数等于分别取对数作差
所以原来等式右边
分母中的两个因式取对数以后
再化简之后就会变成
减号了
即这里的-2ln(x+4)-x
这里减去x实际上是用到了
lneˣ=xlne
恰好等于x得到的
对于这一个式子
两边同时对x求导
左边先对ln求导得1/y
利用复合函数求导法则
还要乘以y对最终的自变量x求导
所以
1/y还要乘以y'
而右边逐项求导得到
这一个式子
最后再从方程中解出y'
这只需要把左边表达式里面的y
乘到等式右边即可
所以我们最后得到了y'的表达式
严格讲取对数时应该要加上绝对值符号
如lnx²写出来应该是等于2ln|x|
但是我们注意到lnx的绝对值的导数
是等于1/x的
所以在书写的时候
可以省略绝对值符号
观察对数求导法的过程
我们发现它大大简化了我们的计算
所以当函数是多个函数相乘除的形式
且含有根式的时候
求导数一定要用对数求导法
下面我们来看对数求导法在幂指函数求导问题当中的应用
例题2 设y=xˢⁱⁿˣ (x>0)
求y 的导数
利用lnaᵇ=blna
b属于实数
我们在这个等式两边
同时取对数以后
就会得到lny=sinxlnx
在这个式子两边同时对x求导
就会得到
(1/y) y'=cosx lnx+(sinx)(1/x)
这里要用到的是乘积的求导法则
接下来要把y'算出来
方程两边同时乘上y
再把y=xˢⁱⁿˣ代进去
这样我们就把y的导数算出来了
幂指函数求导数
除了用对数求导法
当然也可以用指数函数的性质
把原函数改写为
y=eᶺ(lnxˢⁱⁿˣ)
再利用对数函数的性质
把sinx拿到对数符号前面去
y=eˢⁱⁿˣˡⁿˣ
在两边同时对x求导
右边利用复合函数求导的法则
从外向内依次求导
首先对指数函数求导
得它本身
再乘以对指数函数的
指数求导
而求导时
注意用乘积的求导法则
这样就会得到和方法一
一样的结果
我们推荐用方法一去解题
因为它具有书写清晰的优点
但是同学们可以自己选取
自己习惯的方法
一般的 幂指函数的求导问题
两边取对数以后会得到lnf(x)=v(x) lnu(x)
再两边同时对x求导
要特别注意
左边的lnf(x)对x求导
要用复合函数求导
先对ln求会得到1/f(x)
然后再乘以ln的自变量
f的导数 要乘以一个f'(x)
从中解出
f'(x)等于f(x)乘上右边的lnf(x)对x求导数
由于lnf(x)=v(x)lnu(x) 代进去
我们把这个lnf(x)的导数算出来
正好就是我们这个表达式里面的
方括号的这个写法
这个方括号里面就是lnf(x)的导数
前面乘上这个幂指函数本身
所以幂指函数求导数
结果里面是一定有这个幂指函数本身
作为因式放在前面的
为巩固刚才的方法
我们再来看一个例子
例题3
设y=(1+1/x)ˣ
求y在x=1/2这一点处的导数
解
注意到这是幂指函数两边取自然对数
用对数函数的性质得到这个式子
对第二个因式其真数先通分
得到ln((1+x)/x)
然后用对数函数的性质就改写为ln(1+x)-lnx
接下来两边
同时对x求导
左边先对ln求导得到1/y
利用复合函数求导法则
左边还要乘以
y对最终的自变量x求导
所以1/y还要乘以y'
右边用乘积的求导法则会得到
这一个式子
这个式子通分化简
我们把后面就变成了减去1/(1+x)
所以在y'的表达式里面把y乘到右边去
再把y 的表达式代入
这样就得到了y的一阶导数的表达式
特殊的在x=1/2这一点处的值呢
那我们把x=1/2
代入我们刚才求出的这个表达式里面
就得到了最终的结果
最后我们小结一下今天的内容
首先要明确对数求导法的适用范围是什么
对数求导法的适用范围是
多个函数相乘 除
或者是幂指函数u(x)ᵛ⁽ˣ⁾的情形
特别提醒同学们
我们取对数以后
左边的表达式是lny
而lny对x求导要用复合函数的求导法则
lny对x求导得到的是
1/y乘上y'
幂指函数
u(x)ᵛ⁽ˣ⁾取对数后
会变成v(x)lnu(x)
这么一个式子
一定要用乘积的求导法则来计算
这一讲课的学习就到这里了
谢谢大家
-1.1 预备知识
--1.1.2本节作业
-1.2 函数的概念
--1.2.2 本节作业
-1.3 函数的基本特性
--1.3.2 本节作业
-1.4 反函数与复合函数
--1.4.2 本节作业
-1.5 基本初等函数与初等函数
--1.5.2 本节作业
-1.6 经济学中几个常见的函数
--1.6.2 本节作业
-第一章单元练习
--习题训练
-2.1 数列的极限
--2.1.3 本节作业
-2.2 函数的极限
--课堂思考
--2.2.4 本节作业
-2.3 无穷小量与无穷大量
--课堂思考
--2.3.4 本节作业
-2.4 极限的性质
--课堂思考
--2.4.4 本节作业
-2.5 两个重要极限
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--2.5.9 本节作业
-2.6 函数的连续性
--课堂思考
--2.6.6 本节作业
-第二章单元练习
--习题训练
-3.1 导数的概念
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--3.1.7 本节作业
-3.2 求导法则
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--课堂思考(三)
--3.2.8 本节作业
-3.3 高阶导数
--3.3.3 本节作业
-3.4 函数的微分
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--3.4.8本节作业
-3.5 导数与微分的简单应用
--3.5.4本节作业
-第三章单元练习
--习题训练
-4.1 中值定理
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--4.1.7 本节作业
-4.2 洛必达法则
--课堂思考
--4.2.4 本节作业
-4.3 函数的单调性与极值
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--4.3.5 本节作业
-4.4 函数的最值及应用
--4.4.3 本节作业
-4.5 函数曲线的凹凸性与拐点
--课堂思考
--4.5.4 本节作业
-4.6 函数的微分法作图
--课堂思考
--4.6.5 本节作业
-第四章单元练习
--习题训练
-5.1 不定积分的概念与性质
--5.1.4 本节作业
-5.2 换元积分法
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--5.2.5 本节作业
-5.3 分部积分法
--课堂思考
--5.3.2 本节作业
-5.4 有理函数的积分
--5.4.3 本节作业
-第五章单元练习
--习题训练



