导数基本概念

定义

f ( x ) − f ( a ) x − a {f(x) - f(a)\over x -a} xaf(x)f(a) 表示 f(x) 函数从 x 到 a 的平均变化率,如果使 x 趋近于 a,则表示函数在 a 点的变化率。

若有以下极限存在(定义域不包含a):
lim ⁡ x → a f ( x ) − f ( a ) x − a \lim \limits_{x\rightarrow a} {{f(x) - f(a)\over x - a}} xalimxaf(x)f(a)
则称 f 于 a 处可导,并称这个极限为 f 于 a 处的导数,记作: f ′ ( a ) f^{'}(a) f(a),也可记作 在这里插入图片描述,或者 d ( f ) d ( x ) ( a ) {d(f)\over d(x)}(a) d(x)d(f)(a)

几何意义

导数可以表示函数的曲线上的切线斜率,如下图:
导数基本概念_第1张图片
Δ x \Delta x Δx 无穷小时,则 P 点趋近于 P0 点,割线 T 的斜率趋于 P0 点切线的斜率,记作:
t a n   α = Δ y Δ x = f ( x 0 + Δ x ) − f ( x 0 ) Δ x tan\ \alpha = {\Delta y\over \Delta x} = {f(x0 + \Delta x) - f(x0) \over \Delta x} tan α=ΔxΔy=Δxf(x0+Δx)f(x0)

常用求导公式

  • ( c ) ′ = 0 (c)^{'} = 0 (c)=0
  • ( x α ) ′ = α x ( α − 1 ) (x^{\alpha})^{'} = \alpha x^{(\alpha -1)} (xα)=αx(α1)
  • s i n ( x ) ′ = c o s ( x ) sin(x)^{'} = cos(x) sin(x)=cos(x)
  • c o s ( x ) ′ = − s i n ( x ) cos(x)^{'} = -sin(x) cos(x)=sin(x)
  • t a n ( x ) ′ = s e c 2 ( x ) tan(x)^{'} = sec^{2}(x) tan(x)=sec2(x)
  • ( a x ) ′ = a x l n   a (a^{x})^{'} = a^{x} ln\ a (ax)=axln a
  • ( e x ) ′ = e x (e^{x})^{'} = e^{x} (ex)=ex
  • ( l o g a x ) ′ = 1 x l n   a (log_ax)^{'} = {1\over x ln \ a} (logax)=xln a1
  • ( l n x ) ′ = 1 x (lnx)^{'} = {1\over x} (lnx)=x1

基本求导法则

  • ( u ± v ) = u ′ ± v ′ (u \pm v) = u^{'} \pm v^{'} (u±v)=u±v
  • ( c u ) ′ = c u ′ (cu)^{'} = cu^{'} (cu)=cu
  • ( u v ) ′ = u ′ v + u v ′ (uv)^{'} = u^{'}v+uv^{'} (uv)=uv+uv
  • ( u v ) ′ = u ′ v − u v ′ v 2 ({u\over v})' = {{u^{'}v - uv^{'}} \over v^{2}} (vu)=v2uvuv
  • ( 1 v ) ′ = 1 v 2 ({1\over v})^{'} = {1 \over v^{2}} (v1)=v21

复合函数求导

若有两个一元函数 f ( x ) f(x) f(x) g ( x ) g(x) g(x),可以将 g g g 的函数值作为 f f f 的自变量,得到一个新的函数称为 f ( x ) f(x) f(x) g ( x ) g(x) g(x) 的符合函数,记作 f [ g ( x ) ] f[g(x)] f[g(x)],其导数为:
f [ g ( x ) ] = f ′ [ g ( x ) ] g ′ ( x ) f[g(x)] = f^{'}[g(x)]g^{'}(x) f[g(x)]=f[g(x)]g(x)

例如对于 y = s i n ( 2 x ) y = sin(2x) y=sin(2x) 函数求导,可以分解为 g ( x ) = 2 x g(x) = 2x g(x)=2x f ( x ) = s i n [ g ( x ) ] f(x) = sin[g(x)] f(x)=sin[g(x)],则:
f ′ ( x ) = x c o s ( 2 x ) f^{'}(x) = xcos(2x) f(x)=xcos(2x)

偏导数

偏导数是指一个多元函数对其中一个自变量求导,而保持其他变量恒定,记作:
∂ f ∂ x \partial f \over \partial x xf
例如对于 f ( x , y ) = x 2 + y 2 + 2 x y f(x,y) = x^{2} + y^{2} + 2xy f(x,y)=x2+y2+2xy,对 x x x 求偏导数,可以将 y y y 看为常量:
∂ f ∂ x ( x , y ) = 2 x + 2 y {\partial f \over \partial x}(x,y) = 2x + 2y xf(x,y)=2x+2y

二阶导数

一阶导数表示的变化率,二阶导数则表示该变化率本身是否变化得快。其几何意义则为斜率是否变化得快,从图像上看即曲率或凹凸性。

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