微分(differentiation)能把曲线上任意一点的斜率(gradient)写成公式。附加数学的技巧题,要你对幂、乘积、带指数的括号,以及 ln 和指数形式求导,并求对这条公式。
后面的课题都要用到它。驻点与最优化和切线、法线与变化率都从导数(derivative)开始,所以这里的错误会一路带到最终答案。复习前,请先到 Cambridge 官网的 0606 课程大纲页面,核对你要会微分的函数范围。
开始之前需要掌握什么?
你需要熟练的指数运算,因为每一项都要先写成 x 的幂。这包括负指数和分数指数,例如 1/x² = x−2,√x = x1/2。
你还需要基本的函数记号,以及“斜率 = 竖直变化 ÷ 水平变化”的概念。如果复合函数仍不稳,可先看函数与限制。ln 与 ex 可参考指数与对数推理。
一道导入例题
求 y = x⁴ − 2/x 在 x = 1 处的斜率。
第 1 步,写成幂: y = x⁴ − 2x−1。
第 2 步,逐项微分: 指数放到前面,指数再减 1。dy/dx = 4x³ + 2x−2 = 4x³ + 2/x²。
第 3 步,代入: x = 1 时,斜率为 4 + 2 = 6。
第 2 步里的两个符号变化是最容易丢分的地方。把 −1 放到前面,再乘以 −2,结果是 +2。
这些课应该按什么顺序学?
- 对带分数指数的多项式求导:基本功。之后每条法则的最后一步都用到它。
- 在适用时对乘积求导:两个括号相乘时怎么做,以及何时先展开更快。
- 对复合表达式使用链式法则:用于带指数的括号或根号。
- 对对数与指数形式求导:加入 ln 和 ex,并与前面的法则结合。
- 用局部斜率检验导数:没有评分方案也能发现错误答案的习惯。
然后做微分技巧练习。微积分形状与变化率探索器可以让你同时看到曲线和它的斜率。
常见的陷阱有哪些?
- 链式法则漏掉内层导数。
- 把两个导数相乘,而不是使用 u′v + uv′。
- 不把 1/x² 或 √x 改写,然后凭感觉乱套法则。
- 负指数处理出错,微分后 x−2 变成 x−1,而不是 x−3。
- 忘记 ln(ax + b) 的分子要有因子 a。
练习该怎么用?
每道题先在纸上做。第一行就写出你要用的法则,例如“设 u = … 且 v = …”,让你的方法清楚可见。
做完后,用上一课的局部斜率习惯检验两三道答案。练习末尾的“如果你做错了”会把每种错误指回对应的一课。
如果问题出在不知道该选哪条法则,而不是记不住法则,线上一对一附加数学补习的老师可以专门陪你练第一步怎么选。附加数学学习指南列出了这个课题在整个科目中的位置。