借力打力求導數,如果一個函數不好求導,不妨先求它反函數的導數

2021-01-08 設計勞斯基

本篇是上一篇文章

為了打通微積分的「任督二脈」,讓我們來愉快地求導數吧的延續閱讀。

在對冪函數y=x^μ求導時,我們用到了以自然常數e為底數的對數函數y=ln x的求導結果(ln x)'=1/x。那麼,它的求導過程是怎麼樣的呢?我們一起來了解一下。

對數函數y=log(a)x直接求導是很難實現的,因為[log(a)(x+h)-log(a)x]沒法繼續合併或分解。但前文中,我們已經求得了指數函數y=a^x的導數,(a^x)'=a^x*ln a。既然兩者互為正反函數,我們據此,來推導一下它們的導數之間的關係。

值得注意的一點是,對數函數y=log(a)x和指數函數y=a^x互為正反函數,是從它們的函數法則上講的。對於反函數y=log(a)x或f(x)=log(a)x,它的正函數(或直接函數)表達式應為:x=a^y或g(y)=a^y。

設存在一個直接函數(或正函數)x=g(y)(導數已知),它的反函數為y=f(x)。

直接函數(或正函數)x=g(y)的導數g'(y)=△x/△y,而反函數y=f(x)的導數f'(x)=△y/△x。所以有f'(x)=1/g'(y)。也就是說,正反函數的導數互為倒數。

導數是需要極限運算的,上式中的g'(y)和f'(x)略去了極限字符lim,但這不影響兩者的互為倒數關係。

我們先對直接函數g(y)=a^y求導,得:g'(y)=a^y*ln a。

那麼,反函數f(x)=log(a)x的導數f'(x)=1/(a^y*ln a)。再把x=a^y代入上式,得:f'(x)=1/(x*ln a),記作(log(a)x)'=1/(x*ln a)。取a=e時,(ln x)'=1/x。

比較常見的正反函數還有三角函數和反三角函數。

我們以正弦函數和正切函數為例,來推導一下它們的反函數的導數。

先給出正弦函數y=sin x的導數f'(x)=cos x,正切函數y=tg x的導數f'(x)=sec^2 x。在後面的文章裡我們會再做推導,歡迎關注閱讀。

1、設正弦函數x=sin y為直接函數,它的反函數為反正弦函數y=arc sin x。略過對定義域的討論,我們直接推導:

(arc sin x)'=1/(sin y)'=1/cos y。接下來,我們把餘弦cos y轉換成正弦sin y,並進一步轉換成x。

因為,cos y=√(1-sin^2y)=√(1-x^2),所以有,(arc sin x)'=√(1-x^2)。

2、設正切函數x=tg y為直接函數,它的反函數為反正切函數y=arc tg x。略過對定義域的討論,我們直接推導:

(arc tg x)'=1/(tg y)'=1/sec^2 y。接下來,我們把正割sec y轉換成正切tg y,並進一步轉換成x。

因為,sec^2 y=1+tg^2 y=1+x^2,所以有,(arc tg x)'=1+x^2。

看到此處,有的小夥伴可能會產生一些困惑:怎麼一會y,一會x的,鬧哪樣啊?

對於反函數y=f(x),x是自變量,y是因變量;而對於直接函數(或正函數)x=g(y),y是自變量,x是因變量。但在計算過程中,自變量和因變量的身份已經不重要了,重要的是x與y之間的函數法則不變。

比如,上面的等式(arc sin x)'=1/cos y,我們用y'來替代f'(x),即y'=f'(x)=(arc sin x)'。可以得到一個新的等式:y'=1/cos y。等式裡已經看不到自變量x,但這樣的表達式也是成立的,因為它已經是一個微分方程了。

無論原函數還是導函數,我們都可以把它看作是一個方程式。式中,無論x、y、x'、y'、dy、 dx,都是可以同時存在的,只要它們遵循正確的函數法則。

而我們要做的,是把它們轉換成我們需要的樣子。

相關焦點

  • 高等數學入門——反函數的求導法則及反三角函數的導數公式總結
    本節我們介紹反函數的求導法則,由於中學階段對反函數及反三角函數的要求不高,本節我們先複習一些這方面的基礎知識,再介紹反函數的求導法則,並利用其推導四個常用反三角函數的導數公式。(由於公式較多,故正文採用圖片形式給出。)
  • 導數的定義及其幾何意義、與連續性的關係以及函數的求導法則
    大家好,我是專升本數學學霸,這次我們來討導數的定義及其幾何意義、與連續性的關係以及函數的求導法則。那你知道導數的定義及其幾何意義、與連續性的關係以及函數的求導法則呢?沒關係,學霸來幫你來了。談論導數之前,我們先看看兩個例子:直線運動的速度①取從時刻 t0到t這樣一個時間價格,在這段時間內,質點從為止S0=f(t0)移動到s=f(t); (s-s0)/t-t0=f(t)-f(t0)/t-t0,質點的平均速度。
  • 用數形結合的思想求lnx函數導數
    用數形結合的思想求lnx函數導數                        於德浩
  • 一元函數微分學考點(2):導數的幾何意義
    1.理解導數的概念及其幾何意義,了解左導數與右導數的定義,理解函數的可導性與連續性的關係,會用定義求函數在一點處的導數。2.會求曲線上一點處的切線方程與法線方程。3.熟記導數的基本公式,會運用函數的四則運算求導法則,複合函數求導法則和反函數求導法則求導數。會求分段函數的導數。4.會求隱函數的導數。掌握對數求導法與參數方程求導法。5.理解高階導數的概念,會求一些簡單的函數的n階導數。
  • 談論隱函數和由參數方程所確定的函數導數及函數的微分和單側導數
    一、單側導數根據函數f(x)在點x0出的導數f'(x0)的定義,導數是一個極限,而極限存在的充分必要條件是左、右極限存在且相等,因此f'(x0)存在即f(x)在點x0處可導的充分必要條件是左右極限及都存在且相等
  • 高中導數怎麼求 導數公式及運算法則大全
    高中導數怎麼求 導數公式及運算法則大全很多人想知道高中導數要怎麼求,有哪些求導公式和運算法則呢?下面小編為大家介紹一下!導數的定義是什麼導數,也叫導函數值。又名微商,是微積分中的重要基礎概念。
  • 2012考研高數模塊化知識:函數的連續性和導數
    基礎階段 1.了解導數與可導性的定義;2.會利用各種求導法則計算一些常見的函數的導數;3.了解高階導數的概念並會進行一些見的計算。 強化階段:▲1.理解導數與可導性的定義(包括左導數與右導數),會用定義計算分段函數分段點處的導數以及抽象函數的導數;2.了解導數的物理意義,並會用導數描述一些物理量(數一數二)/了解導數的幾何意義和經濟學意義(數三)3.理解函數可導性與連續性的關係(數一數二)▲4.掌握常見的計算導數的方法理論(基本初等函數的求導公式
  • 這個「名字」讓您不會使用反函數求導法則
    這個「名字」讓您不會使用反函數求導法則文/虹野我們在學習反函數的求導法則的時候,很多教材中都會寫這麼一段話幫助我們記憶:「一個函數的導數是它的反函數的導數的倒數」。正是這段話,讓我們的學生在使用反函數求導法則的時候出了很多問題。
  • 在家學|隱函數、多元複合函數求導法則
    的某一鄰域內恆能唯一確定一個單值連續且具有連續導數的函數,有由上式可得❝方程確定的函數的偏導數求解方法全微分不變性:利用全微分的不變性,對方程兩端求取全微分,進而求解全微分,最終得到偏導數的表達式.❞2.複合函數的求導法則,抽象函數的偏導數如果函數
  • 在線計算專題(03):具體、抽象函數的導數、微分與方向導數的計算
    1、一元、多元函數一階導數與導數值的計算例1  計算以下函數的導數,並求在2、一元、多元函數高階導數的計算例1  計算以下函數的50階導數:輸入表達式為執行後的結果顯示為3、抽象複合函數的一階、高階導數計算將上面具體函數求導的函數表達式換成抽象函數即可.
  • 教學研討|1.2.2 基本初等函數的導數公式及導數的運算法則
    二、三維目標1、知識與技能(1)理解函數的和、差、積、商的求導法則(2)能綜合運用導數公式和導數運算法則求函數的導數(3)能運用複合函數的求導法則進行複合函數的求導>2.過程和方法通過讓學生複習回顧函數的求導法則,理解記憶公式,並結合導數的定義,理解四則運算法則。
  • 第13講 典型例題與練習參考解答:隱函數與參數方程的導數、相關...
    練習4:設 ,求其反函數的導數.  練習5:設由極坐標方程 確定的曲線在 處的切線的直角坐標方程.  練習6:求下列函數的二階導數 .  (1)  (2)且 .  練習7:設 求 .  練習10:有一底半徑為cm,高為cm 的圓錐容器,現以25 cm /s 的速度自頂部向容器內注水,試求當容器內水位等於錐高的一半時水面上升的速度.  練習11:已知一個長方形的長 以 的速率增加,寬 以 的速率增加,則當 , 時,它的對角線增加的速率為多少?
  • 利用導數證明不等式,構造函數在導數中起關鍵作用
    重塑師道尊嚴,讓老師教學更有趣回歸少年理想,讓學生學習更簡單備戰高考數學,每天積蓄力量高中生數學學霸鍛造「1天1道」行動高頻題型一:不等式證明之構造新函數構造函數在導數中是非常典型的方法,但是構造函數的特點非常重要,不是隨意就能構造出與已知條件有關聯能解決出問題的函數,題中變式後,式子的等價形式入手,分解問題,分別構造函數,利用導數求單調性,最值,從而建立兩個函數之間最值的關係,綜合分析得解。
  • 第13講:《隱函數與參數方程的導數、相關變化率》內容小結、課件與...
    有些由方程確定的隱函數可以解出y=f(x)或x=g(y)顯函數描述形式,有些則不能. 不管能不能顯式化,基於複合函數求導法則和對等式兩端同時關於同一變量求導數等式依然成立,可以求得y關於x的導數,或者x關於y的導數.
  • 2011高考數學命題預測之函數與導數
    2011全國各地高考模擬試題大全 >>2011高考預 測卷一試題答案匯總(新課標版) >>  函數的觀點和思想方法貫穿整個高中數學的全過程,在近幾年的高考中, 函數類試題在試題中所佔分值一般為22---35分.一般為2個選擇題或2個填空題,1個解答題 ,而且常考常新。
  • 隱函數求導的基本步驟與方法
    1、隱函數求導的基本原則    對於隱函數求導一般不贊成通過記憶公式的方式來求需要計算的導數,一般建議藉助於求導的四則運算法則與複合函數求導的運算法則,採取對等式兩邊同時關於同一變量的求導數的方式來求解。即用隱函數求導公式推導的方式求隱函數的導數。
  • 導數與微分
    3.按定義求導數例1. 按定義,求下列基本初等函數的導數:實訓3.1題解二、導數的運算法則1.四則運算求導法則例5.求下列函數的導數:2.複合運算求導法則例8. 求下列函數的導數:3.反函數求導法則例12. 應用反函數求導法求下列函數的導數:
  • 算法中的微積分:5大函數求導公式讓你在面試中脫穎而出
    導數1:複合指數函數指數函數非常基礎常見,而且非常有用。它是一個標準正函數。在實數中e > 0,同時指數函數還有一個重要的性質,即e = 1。另外,指數函數與對數函數互為反函數。指數函數也是最容易求導的函數之一,因為指數函數的導數就是其本身,即(e)』 = e。
  • 利用求導法則計算導數方法總結及考研數學真題解析
    求導與求微分是微積分的基本運算,也一直是考研數學中重要的考點,在每年的研究生筆試中直接考查該知識點的題目所佔分值平均在10分至15分左右。其中求導法則是直接命題的重點內容,主要包括導數的四則運算,複合函數的求導法則,反函數的求導法則,以及由他們得到的隱函數求導和參數方程求導的方法,這些運算法則主要解決的是如何計算導數的問題。
  • 函數高階導數與圖像凹凸性
    很多函數在定義域的某個區間內存在導數,自變量與這些導數值的集合之間的映射關係,我們稱之為導函數。有些函數的導函數仍然存在導數,我們稱之為原函數的二階導數,二階導數如果能繼續求導,就是三階導數…,二階以上的導數,我們統稱為高階導數。