常用求导函数mark

1. 导数的定义

对于函数 y=f(x),在点 x=a 处的导数定义为:

f'(a) = \lim_{h \to 0} \frac{f(a+h) - f(a)}{h}

意思是:当自变量 x 发生一个无限小的变化 h,函数值的变化量与 h 的比值,取极限就是导数。

👉 直观理解:就是曲线上某一点的切线斜率


2. 求导的基本规则

手工计算导数时,可以利用一套现成的公式(避免每次都用定义去算极限):

  1. 幂函数求导公式

    \frac{d}{dx} x^n = n x^{n-1} \quad (n \in \mathbb{R})

  2. 常数函数

    \frac{d}{dx} C = 0

  3. 常数倍

    \frac{d}{dx}[C \cdot f(x)] = C \cdot f'(x)

  4. 和/差

    (f(x) \pm g(x))' = f'(x) \pm g'(x)

  5. (乘法法则)

    (f(x)g(x))' = f'(x)g(x) + f(x)g'(x)

  6. (除法法则)

    \left(\frac{f(x)}{g(x)}\right)' = \frac{f'(x)g(x) - f(x)g'(x)}{[g(x)]^2}

  7. 复合函数(链式法则)

    (f(g(x)))' = f'(g(x)) \cdot g'(x)


3. 常见函数的导数

  • \frac{d}{dx}\sin x = \cos x
  • \frac{d}{dx}\cos x = -\sin x
  • \frac{d}{dx}e^x = e^x
  • \frac{d}{dx}\ln x = \frac{1}{x}

4. 举几个例子

例 1:

f(x) = x^3

用幂函数公式:

f'(x) = 3x^2


例 2:

f(x) = (3x+2)^5

用链式法则:

f'(x) = 5(3x+2)^4 \cdot 3 = 15(3x+2)^4


例 3:

f(x) = \frac{x^2+1}{x}

用商法则:

f'(x) = \frac{(2x)(x) - (x^2+1)(1)}{x^2} = \frac{2x^2 - (x^2+1)}{x^2} = \frac{x^2-1}{x^2}


下面是常见函数的导数

1. 三角函数

(1) \sin x 的导数

\frac{d}{dx}\sin x = \cos x

📌 含义:

  • 在单位圆上,\sin x 表示角度 x 对应点的纵坐标。
  • \cos x 是横坐标。
  • 当角度变化时,纵坐标的变化率,刚好等于横坐标。

例子:

f(x) = \sin(2x)

用链式法则:

f'(x) = \cos(2x)\cdot 2 = 2\cos(2x)


(2) \cos x 的导数

\frac{d}{dx}\cos x = -\sin x

📌 含义:

  • 在单位圆上,\cos x 表示角度 x 对应点的横坐标。
  • 斜率方向与 \sin 相反,所以出现负号。

例子:

f(x) = \cos(3x)

f'(x) = -\sin(3x)\cdot 3 = -3\sin(3x)


2. 指数函数

\frac{d}{dx} e^x = e^x

📌 含义:

  • e^x 的变化率和它自己完全一样。
  • 所以它是一个“自相似”的函数,增长速度和大小成正比。

例子:

f(x) = e^{2x}

f'(x) = e^{2x}\cdot 2 = 2e^{2x}


3. 对数函数

\frac{d}{dx}\ln x = \frac{1}{x}, \quad (x>0)

📌 含义:

  • \ln x 是自然对数,底数是 e
  • 它表示“e 的多少次方等于 x”。
  • 它的变化率是 反比关系x 越大,\ln x 的变化越慢。

例子:

f(x) = \ln(3x+1)

f'(x) = \frac{1}{3x+1} \cdot 3 = \frac{3}{3x+1}


4. 小结口诀

  • \sin 的导数是 \cos
  • \cos 的导数是 -\sin
  • e^x 的导数还是 e^x
  • \ln x 的导数是 \tfrac{1}{x}

👉 记忆法:

  • \sin\cos\cos-\sin
  • e^x 不变”
  • \ln x\frac{1}{x}”。

5. 总结

  • 求导的核心是极限定义:瞬时变化率。
  • 实际计算时,通常用公式 + 法则,避免每次都推极限。
  • 求导的技巧主要是:幂函数公式、乘法法则、商法则、链式法则。

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