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对对数与指数形式求导

这些函数的导数很短,所以很容易忘了链式法则仍然要用。

本页内容
  1. 这些形式在实际中怎么用?
  2. 例题
  3. 要留意的错误
  4. 怎样记住这两个结果?
  5. 自我检测
  6. 接下来学什么

这一课只需要两个基本结果:ex 的导数是 ex,ln x 的导数是 1/x。如果里面不只是 x,就再加上链式法则:ef(x) 的导数是 f′(x)ef(x),ln f(x) 的导数是 f′(x)/f(x)。

请在 Cambridge 官网的 0606 大纲页面核对你需要微分哪些对数和指数函数。这一课以 ex 和 ln x 为基础,它们也出现在指数与对数推理中。

这些形式在实际中怎么用?

ydy/dx
exex
ekxkekx
ef(x)f′(x)ef(x)
ln x1/x
ln(ax + b)a/(ax + b)
ln f(x)f′(x)/f(x)

指数函数保持原来的形式,内层提供一个乘数。对数变成分数:分子是内层的导数,分母是内层本身。

例题

对 (a) y = e2x + ln(3x − 1) 和 (b) y = x e−x 求导。

(a) 对 e2x,内层是 2x,导数为 2。所以结果是 2e2x。

对 ln(3x − 1),内层是 3x − 1,导数为 3。所以结果是 3/(3x − 1)。

dy/dx = 2e2x + 3/(3x − 1)。

(b) 这是乘积。设 u = x,v = e−x。则 u′ = 1,v′ = −e−x。

dy/dx = u′v + uv′ = e−x + x(−e−x) = e−x − xe−x = (1 − x)e−x。

合理性检查:x = 0 时斜率为 1,而 y = xe−x 在原点附近接近 y = x,所以吻合。

要留意的错误

诱人的捷径是把“基本”结果套在整个式子上,忽略内层。

错误做法: y = ln(x² + 4) → dy/dx = 1/(x² + 4)

学生写了“1 除以内层”,却忘了内层的导数。

分子必须是 x² + 4 的导数,也就是 2x,所以正确答案是 2x/(x² + 4)。

另一个相关的失误是把 e2x 写成 2x e2x−1。幂法则不适用于 ex,因为 x 在指数位置,不在底数位置。正确的导数是 2e2x。

怎样记住这两个结果?

ex 是唯一一个“求导后不变”的函数,所以 e 后面的指数如果是 kx,结果只是多一个乘数 k。ln x 的导数 1/x 则可以记成“ln 把它变成倒数”,而内层的导数放在分子。

如果遇到 ln(3x) 或 ln(x2) 这样的形式,先用对数律拆开,例如 ln(x²) = 2 ln x,导数就是 2/x,比直接用链式法则更快。

自我检测

1. 对 y = e5x 求导。

显示答案

内层是 5x,导数为 5,所以 dy/dx = 5e5x。

2. 对 y = ln(4x + 1) 求导,并求 x = 0 处的斜率。

显示答案

dy/dx = 4/(4x + 1)。x = 0 时:4/1 = 4。

3. 对 y = x²ex 求导,因式分解,并求 x = 1 处的斜率,答案保留 e。

显示答案

设 u = x²,v = ex,则 u′ = 2x,v′ = ex。

dy/dx = 2xex + x²ex = x(x + 2)ex。

x = 1 时:1 × 3 × e = 3e(约 8.15)。

接下来学什么

最后一节技巧课用局部斜率检验导数,是检验含 ex 和 ln 答案的好方法。微积分形状与变化率探索器会画出曲线和它的斜率,免计算器演算训练器则帮你处理保留 e 的答案。

如果 e 和 ln 对你还很陌生,线上一对一附加数学补习的老师可以从你已经会的法则出发,按你的进度加入这两类函数。

常见问题

e^x 和 ln x 的基本导数是什么?

e^x 的导数是 e^x,ln x 的导数是 1/x。e^(kx) 的导数是 k e^(kx),ln(ax + b) 的导数是 a/(ax + b)。哪些形式在考试范围内,请到 Cambridge 官网的 0606 大纲页面核对。

为什么 ln(3x) 的导数是 1/x?

链式法则给出 3/(3x),化简后是 1/x。也可以把 ln(3x) 写成 ln 3 + ln x,因为 ln 3 是常数,它的导数是零。

像 x e^(−x) 这样的式子怎么求导?

用乘积法则,设 u = x,v = e^(−x)。则 u′ = 1,v′ = −e^(−x),所以 dy/dx = e^(−x) − x e^(−x),因式分解得 (1 − x)e^(−x)。

更新于:

下一步

如果 ln 和 e^x 的题目让你觉得像一套新规则,一对一的老师可以让你看到它们其实还是链式法则和乘积法则,只多了两个基本结果。

一小时付费试听课,按所安排老师确认的收费,RM80 起。

补习由家长或监护人安排。用 WhatsApp 把这页发给他们,他们就可以替你咨询。

家长:在这里咨询

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