为了打通微积分的“任督二脉”,让我们来愉快地求导数吧

本篇是是上一篇文章

的延续阅读。

之前,我们已经了解了从微分到积分的转换过程。其实,我们也可以反向推演从积分到微分的转换过程。

对任一可导的函数y=f(x),在区间x∈[a,b]上,有f(b) -f(a),这是曲线y=f(x)Y轴上的一段投影的长度。

把区间x∈[a,b]分割成无限个无限小,每个无限小记为△x,则有b-a=∞*△x

那么:

f(b) -f(a)=[f(b) -f(b-△x)]+[f(b-△x) -f(b-2*△x)]+......+[f(a+2△x) -f(a+△x)]+[f(a+△x) -f(a)]

因为△x/△x=1,又得到:

f(b) -f(a)=[f(b) -f(b-△x)]/△x*△x+[f(b-△x) -f(b-2△x)]/△x*△x+......+[f(a+2△x) -f(a+△x)]/△x*△x+[f(a+△x) -f(a)]/△x*△x

=f'(b)△x+f'(b-△x)△x+......+f'(a+2△x)△x+f'(a+△x)△x

因为函数y=f(x)可导我们把f'(b)~f'(a),记作f'(x),于是得:f(b) -f(a)=∫f'(x)dx,x∈[a,b]。

拿出式中一项,单独表达:[f(x+△x) -f(x)]/△x=f'(x)。因为[f(x+△x) -f(x)]/△x要进行极限运算,表达式记作:

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从上述的推演来看,导函数f'(x)是可以由原函数f(x)计算得出的而原函数f(x)是由导函数f'(x)逆向推导得来的。为了能在微积分计算时,收放自如地推导原函数f(x),我们需要先做好准备工作:求导数f'(x)

下面,我们一起来了解几个常见函数的求导过程。

1、常数函数y=C求导:

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也可以记作:(C)'=0。

2、比例函数y=ax+b求导,a、b为实数:

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也可以记作:(ax)'=a。它也可以视为幂函数y=x^μ

μ=1时的一个特例。

3、指数函数y=a^x求导:

初中学数学的时候,我们先学的幂次方运算后学的指数运算,但求导数不一样,指数函数能用正常的方法求,但幂函数需要借助指数函数的求导结果来求导。所以,我们先来了解指数函数的求导。

为了打通微积分的“任督二脉”,让我们来愉快地求导数吧

也可以记作:(a^x)'=a^x*lna。

当指数函数的底数取自然常数e,也就是a=e时,因为lne=1,所以(e^x)'=e^x。

4、幂函数的y=x^μ求导:

我们可以先求一个μ为正整数时的特例。取x=a,x无限趋近于a时,就可以求出y=x^μx=a处的导数。

为了打通微积分的“任督二脉”,让我们来愉快地求导数吧

a替换成x,就有(x^μ)'=μx^(μ-1),μ从正整数域推广到实数域,这个结论也是成立的。但这是类比推论,(x^μ)'=μx^(μ-1)还需要去证明。这就需要借助指数函数y=e^x和对数函数y=lnx的求导结果以及复合函数的求导方法。我们先把证明贴出来,有需要补对数函数和复合函数求导课的同学,可以回头再来看。

首先我们做一个很有意思的转换:x=e^lnx。有的同学可能忘了对数的运算,那我们先证明一下这个等式。令e^lnx=y,则lnx=lny,x=y,所以x=e^lnx。那么有:

为了打通微积分的“任督二脉”,让我们来愉快地求导数吧

了解了这几个基本函数的导数,反过来求积分,一般的求面积或路程的问题,就不在话下了。

如果把微积分当作一门武功,那求导数就相当于打开了“任督二脉”。为了学好微积,让我们来愉快地求导数吧!


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