三角函数的导数
函数f(x) 的导数是输入变化时函数值变化的速率。在这种情况下,x 称为自变量,f(x) 称为因变量。衍生物几乎在我们生活的方方面面都有应用。从火箭发射到我们的水箱设计,专业人士使用导数来测量变化率,有时还从数学角度分析物理现象。计算多项式的导数非常简单,三角函数及其导数需要额外注意。让我们看看如何详细计算它们。
衍生品
导数的正式和最基本的定义涉及限制。在几何上,对于函数f(x),点 x 处的导数表示与该特定点处的曲线相切的直线的斜率。使用这种直觉,开发了使用极限的导数的正式定义。下图显示了导数的几何直觉。
在该图中,请注意连接点 (x, f(x)) 和 (x, f(x + h)) 的线与该图相割。但假设是 h 接近于零。因此,以这种方式,随着点 (x + h) 越来越靠近点 x,正割线慢慢开始变为切线。这就是为什么说导数只不过是曲线上切线的斜率。使用这个逻辑,给出了导数的第一个定义。
For a function f(x), at a point x = a. The derivative is defined as,
It can also be written as,
这是导数的定义。我们还将导数表示为或 f'(x)。
导数的幂律
这是衍生品中最常用的规则。它说,
This can be derived through the limit definition of the derivatives.
(x + h)n can be opened through binomial expansion,
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⇒
⇒
问题 1:求 f(x) = √x 的导数。
解决方案:
⇒
This is indeterminate form, using rationalization
⇒
⇒
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⇒
三角函数的导数
首先通过极限定义计算三角函数的导数。在计算这些导数并查看它们的证明之前,有必要重新审视与三角函数相关的一些极限恒等式。
and
让我们计算三个最重要的函数的导数。
证明正弦函数的导数
Using the previously mentioned definition of the derivatives
⇒
⇒
Using the limit identities described above,
⇒
证明余弦函数的导数
Using the previously mentioned definition of the derivatives
⇒
⇒
⇒
⇒
Using the limit identities described above,
⇒
证明正切函数的导数
Now that we have the derivatives for the sine and cosine functions. Derivatives of other functions can be calculated simply through Quotient and product rules.
Quotient rule says, for a function f(x) = , the derivative of this function is given by,
In this case tan(x) =
Thus, h(x) = sin(x) and g(x) = cos(x).
⇒
⇒
⇒
证明正割函数的导数
This can be proved easily through chain rule,
⇒
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⇒
证明余割函数的导数
This can be proved easily through chain rule,
⇒
⇒
⇒
产品规则证明
有不同的方法来证明乘积规则,包括导数和对数微分的定义,让我们看看后一种方法,
y= (f(x)g(x))' = f'(x)g(x)+ f(x)g'(x)
This can easily be proved by taking the natural log,
ln y’= ln{(f(x)g(x))’} = lnf'(x) + lng'(x)
y’/y= f'(x)/f(x)+ g'(x)/g(x)
Hence, proved.
让我们看一些示例问题
示例问题
问题 1:求函数f(x) 在 x = 0 处的导数。
f(x) = 罪2 (x)
解决方案:
This derivative is the combination of power rule and chain rule.
f'(x) =
⇒f'(x) =
Using the previous results for the derivative of sin(x).
⇒f'(x) = 2sin(x)cos(x)
At x = 0
f'(x) = 0
问题 2:求函数f(x) 在 x = 0 处的导数。
f(x) = 5sec(x) + 2cos(x)
解决方案:
This derivative is simple
f'(x) =
⇒f'(x) =
Using the previous results for the derivative of sin(x).
⇒f'(x) = 5sec(x)tan(x) – 2sin(x).
at x = 0
f'(x) = 0
问题 3:求函数f(x) 在 x = 1 处的导数。
f(x) = x 2 + x 4
解决方案:
This derivative is simple application of power rule
f'(x) =
⇒f'(x) =
Using the previous results for the derivative of sin(x).
⇒f'(x) = 2x + 4x3
At x = 1
f'(x) = 6
问题 4:求函数f(x) 的导数。
f(x) =
解决方案:
This derivative is simple application of quotient rule.
Quotient rule says, for a function f(x) = , the derivative of this function is given by,
Here h(x) = ex + 1 and g(x) = x
⇒
问题 5:使用 Product 规则来区分给定的函数,
y = 5xsinx + 4x 2 cosx
解决方案:
Differentiating using Product Rule,
y’= 5sinx + 5xcosx + 8xcosx – 4x2sinx
y’= 5sinx + 13xcosx – 4x2sinx