考研数学微分怎么算

安娜老师 · 2024-12-26 15:29:25

微分是微积分中的一个核心概念,用于描述函数在某一点的变化率。计算微分的基本方法是使用导数的定义或者一些常用的微分法则。

导数定义

导数(Derivative)表示函数在某一点的变化率,记作 ( f'(x_0) ) 或 ( frac{df(x_0)}{dx} )。导数的定义是:当函数 ( y = f(x) ) 的自变量 ( x ) 在一点 ( x_0 ) 上产生一个增量 ( Delta x ) 时,函数输出值的增量 ( Delta y ) 与自变量增量 ( Delta x ) 的比值在 ( Delta x ) 趋于 0 时的极限。

微分计算

微分可以通过以下方式计算:

直接使用导数定义

$$dy = f'(x)dx$$

其中 ( dy ) 是 ( y ) 关于 ( x ) 的微分,( f'(x) ) 是函数 ( f(x) ) 在点 ( x ) 处的导数。

使用微分法则

常数法则:如果 ( f(x) = c ) 是一个常数函数,那么 ( f'(x) = 0 ) 且 ( dy = 0 )。

幂法则:如果 ( f(x) = x^n ),那么 ( f'(x) = nx^{n-1} ) 且 ( dy = n cdot x^{n-1}dx )。

和差法则:如果 ( f(x) = g(x) + h(x) ),那么 ( f'(x) = g'(x) + h'(x) ) 且 ( dy = g'(x)dx + h'(x)dx )。

乘积法则:如果 ( f(x) = g(x)h(x) ),那么 ( f'(x) = g'(x)h(x) + g(x)h'(x) ) 且 ( dy = g'(x)h(x)dx + g(x)h'(x)dx )。

商法则:如果 ( f(x) = frac{g(x)}{h(x)} ),那么 ( f'(x) = frac{g'(x)h(x) - g(x)h'(x)}{h(x)^2} ) 且 ( dy = frac{g'(x)h(x) - g(x)h'(x)}{h(x)^2}dx )。

复合函数法则:如果 ( f(x) = g(h(x)) ),那么 ( f'(x) = g'(h(x)) cdot h'(x) ) 且 ( dy = g'(h(x)) cdot h'(x)dx )。

例子

假设有一个函数 ( f(x) = 3x^2 + 5x + 2 ),要计算 ( f ) 在 ( x = 1 ) 处的微分:

1. 首先计算导数 ( f'(x) ):

$$f'(x) = frac{d}{dx}(3x^2 + 5x + 2) = 6x + 5$$

2. 然后计算 ( x = 1 ) 处的导数值:

$$f'(1) = 6 cdot 1 + 5 = 11$$

3. 最后计算微分 ( dy ):

$$dy = f'(1)dx = 11dx$$

因此,函数 ( f(x) = 3x^2 + 5x + 2 ) 在 ( x = 1 ) 处的微分是 ( 11dx )。

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