微分公式

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3.3習題
1.求 在 處之切線方程式。
2.雙曲線 在何處有切線平行 ?
3.若 、 、 為可微分之函數,試證明 。
4.試求 。
5. ,試問 在何處可微分?試畫出 與 之圖形。
習題解答
其直觀意義可由圖一中函數圖形每一點之切線皆為水平得到驗證。
(2)令 , ,
其直觀意義可由圖二中函數圖形得到驗證。
(3)令 ,
在此 限制為正整數,稍後我們可將此推廣至整數,在3.7隱微分中又可將此推廣至有理數,最後在7.4一般對數及指數函數可將此推廣最極至,亦即 為所有實數皆成立。
(4)令 ,
(5)令 ,
3.3.1 微分公式
(1) 為一常數,
(2)
(3)冪次定律:若 為一整數,則
(4)若 為一常數, 可微分,則
(5)加法定律:若 與 皆可微分,則
(6)減法定律:若 與 皆可微分,則
(7)乘法定律:若 與 皆可微分,則
(8)除法定律:若 與 皆可微分,則
【證明】這些微分公式皆可由式(1)證明:
(1)令 , ,
(3) 為負整數時,令 ,則 為一正整數,由3.3.1中羃次、除法定律及其他公式:
綜合上述(1)、(2)、(3),吾人可將羃次定律推廣至 為整數。■
如前所述,事實上羃次定律可推廣至 為實數之情形:
3.3.3 一般羃次定律
若 為一實數,則 。
雖然直覺上,推廣至實數好像是順理成章之事,但是此定律的證明卻要等到7.4一般對數與指數函數,因為你要先回答 是什麼?我們在中學都學過 的整數次方是什麼,例如 ; 的負整數次方又是什麼,例如 ; 的有理數次方又是什麼,例如 ,而且我們學過如何用筆算出 的小數,但是你如何定義 的無理數次方,如 呢?是否為 個 相乘呢?那麼 個 相乘又是什麼意思?這些問題都要先回答,然後才能談到上述定律的證明。目前我們不妨先接受這個定律,並用他來計算微分。
3.3微分公式
預備知識
2.3以極限定律求極限
3.1微分
3.2微分函數
在3.1微分當中,我們介紹了微分的定義,3.2微分函數當中介紹了微分函數的觀念。我們欲求一函數之微分函數(或稱導函數),每每須由下列定義來求:
(1)
過程中需要用到各種極限定律,計算往往冗長不便,在本節中,我們將介紹一些微分公式以替代上述直接由定義求微分的方式,百度文库節省我們很多時間與力氣。
(6)同上,將“ ”改成“ ”即可同理推導之,讀者可自行練習。
(7)令 ,
(8)令 ,

利用上述之除法定律,可將上述之冪次定律延伸至 為整數之情形:
定理3.3.2
若 為一整數,則 。
【證明】
(1) 為正整數,證明如3.3.1。
(2) 時, , ,左=右,故得證。或許有人會注意到上述 有問題,當 時變成 不一定會等於 。沒錯,不過這時候有一個更大的問題要先研究,當 時,左邊的 我們都知道 的任何次方是 ,任何數的 次方是 ,那麼 是 還是 ?還是公平起見,取 為答案?這不是個小問題!我們要等到7.7不定型極限與羅必達定律才能回答,所以在此假設 ,避開此問題。
例題1.求
【解】
(由3.3.1之(4)、(5)、(6))
(由3.3.1(1)、(2)、(3))

例題2.若 ,求 。
【解】由3.3.1(7)乘法定律,
另外, ,由3.3.1(3)(4),
可驗證上述答案。■
例題3. ,求 。
【解】由3.3.1(8)除法定律及其他:

例題4.求下列微分:
【解】由3.3.3
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