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基本初等函数的导数
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讨论 (0)
这里列出六种基本初等函数的导数公式,并给出其证明。
目录
1
一阶导数
1.1
常数函数
1.2
幂函数
1.3
指数函数
1.4
对数函数
1.5
三角函数
1.6
反三角函数
2
相关章节
3
参考资料
一阶导数
[
]
常数函数
[
]
若
f
(
x
)
=
c
,
c
∈
R
{\displaystyle f(x) = c, c \in \mathbb{R}}
,则
f
′
(
x
)
=
0.
{\displaystyle f'(x) = 0.}
关于这个定理/命题的证明,单击这里以显示/折叠
f
′
(
x
0
)
=
lim
x
→
x
0
f
(
x
)
−
f
(
x
0
)
x
−
x
0
=
lim
x
→
x
0
c
−
c
x
−
x
0
=
0.
{\displaystyle \begin{align} f'(x_0) & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} \\ & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{c - c}{x - x_0} \\ & = 0. \end{align}}
幂函数
[
]
若
f
(
x
)
=
x
α
,
α
∈
R
,
x
>
0
{\displaystyle f(x) = x^\alpha, \alpha \in \mathbb{R}, x > 0}
,则
f
′
(
x
)
=
α
x
α
−
1
.
{\displaystyle f'(x) = \alpha x^{\alpha-1}.}
关于这个定理/命题的证明,单击这里以显示/折叠
f
′
(
x
0
)
=
lim
x
→
x
0
f
(
x
)
−
f
(
x
0
)
x
−
x
0
=
lim
x
→
x
0
x
0
α
(
x
x
0
)
α
−
1
x
−
x
0
=
lim
x
→
x
0
x
0
α
α
(
x
x
0
−
1
)
x
−
x
0
=
α
x
0
α
−
1
.
{\displaystyle \begin{align} f'(x_0) & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} \\ & = \lim _{x \to x_0} x_0^\alpha \dfrac{ (\frac{x}{x_0})^\alpha - 1 }{x - x_0} \\ & = \lim _{x \to x_0} x_0^\alpha \dfrac{ \alpha (\frac{x}{x_0} - 1) }{x - x_0} \\ & = \alpha x_0^{\alpha-1}. \end{align}}
指数函数
[
]
若
f
(
x
)
=
a
x
,
a
∈
R
+
{\displaystyle f(x) = a^x, a \in \mathbb{R^{+}}}
,则
f
′
(
x
)
=
a
x
ln
a
.
{\displaystyle f'(x) = a^x \ln a.}
关于这个定理/命题的证明,单击这里以显示/折叠
f
′
(
x
0
)
=
lim
x
→
x
0
f
(
x
)
−
f
(
x
0
)
x
−
x
0
=
lim
x
→
x
0
a
x
−
a
x
0
x
−
x
0
=
lim
x
→
x
0
a
x
0
a
x
−
x
0
−
1
x
−
x
0
=
lim
x
→
x
0
a
x
0
(
x
−
x
0
)
ln
a
x
−
x
0
=
a
x
0
ln
a
.
{\displaystyle \begin{align} f'(x_0) & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} \\ & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{ a^x - a^{x_0} }{x - x_0} \\ & = \lim _{x \to x_0} a^{x_0} \dfrac{ a^{x - x_0} - 1 }{x - x_0} \\ & = \lim _{x \to x_0} a^{x_0} \dfrac{ (x - x_0) \ln a }{x - x_0} \\ & = a^{x_0} \ln a. \end{align}}
对数函数
[
]
若
f
(
x
)
=
log
a
x
,
a
∈
(
0
,
1
)
∪
(
1
,
+
∞
)
{\displaystyle f(x) = \log _a x, a \in (0, 1) \cup (1, +\infty)}
,则
f
′
(
x
)
=
1
x
ln
a
.
{\displaystyle f'(x) = \dfrac{1}{x \ln a}.}
关于这个定理/命题的证明,单击这里以显示/折叠
f
′
(
x
0
)
=
lim
x
→
x
0
f
(
x
)
−
f
(
x
0
)
x
−
x
0
=
lim
x
→
x
0
log
a
x
−
log
a
x
0
x
−
x
0
=
lim
x
→
x
0
ln
x
−
ln
x
0
(
x
−
x
0
)
ln
a
=
lim
x
→
x
0
ln
(
1
+
x
x
0
−
1
)
(
x
−
x
0
)
ln
a
=
lim
x
→
x
0
x
x
0
−
1
(
x
−
x
0
)
ln
a
=
1
x
0
ln
a
.
{\displaystyle \begin{align} f'(x_0) & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} \\ & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{ \log _a x - \log _a x_0 }{x - x_0} \\ & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{ \ln x - \ln x_0 }{(x - x_0) \ln a} \\ & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{ \ln ( 1 + \frac{x}{x_0} - 1 )}{(x - x_0) \ln a} \\ & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{ \frac{x}{x_0} - 1 }{(x - x_0) \ln a} \\ & = \dfrac{1}{x_0 \ln a}. \end{align}}
三角函数
[
]
(
sin
x
)
′
=
cos
x
(
cos
x
)
′
=
−
sin
x
(
tan
x
)
′
=
sec
2
x
(
cot
x
)
′
=
−
csc
2
x
(
sec
x
)
′
=
sec
x
tan
x
(
csc
x
)
′
=
−
csc
x
cot
x
{\displaystyle \begin{array}{cclccl} (\sin x)' & = & \cos x & (\cos x)' & = & - \sin x \\ (\tan x)' & = & \sec^2 x & (\cot x)' & = & - \csc^2 x \\ (\sec x)' & = & \sec x \tan x & (\csc x)' & = & - \csc x \cot x \end{array}}
关于这个定理/命题的证明,单击这里以显示/折叠
(
sin
x
0
)
′
=
lim
x
→
x
0
sin
x
−
sin
x
0
x
−
x
0
=
lim
x
→
x
0
2
sin
x
−
x
0
2
cos
x
+
x
0
2
x
−
x
0
=
lim
x
→
x
0
2
x
−
x
0
2
cos
x
0
+
x
0
2
x
−
x
0
=
cos
x
0
.
(
cos
x
0
)
′
=
lim
x
→
x
0
cos
x
−
cos
x
0
x
−
x
0
=
lim
x
→
x
0
−
2
sin
x
−
x
0
2
sin
x
+
x
0
2
x
−
x
0
=
lim
x
→
x
0
−
2
x
−
x
0
2
sin
x
0
+
x
0
2
x
−
x
0
=
−
sin
x
0
.
(
tan
x
)
′
=
(
sin
x
cos
x
)
′
=
cos
x
cos
x
−
(
−
sin
x
)
sin
x
cos
2
x
=
1
cos
2
x
.
(
cot
x
)
′
=
(
cos
x
sin
x
)
′
=
−
sin
x
sin
x
−
cos
x
cos
x
sin
2
x
=
−
1
sin
2
x
.
(
sec
x
)
′
=
(
1
cos
x
)
′
=
sin
x
cos
2
x
=
sec
x
tan
x
.
(
csc
x
)
′
=
(
1
sin
x
)
′
=
−
cos
x
sin
2
x
=
−
csc
x
cot
x
.
{\displaystyle \begin{align} (\sin x_0)' & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{ \sin x - \sin x_0 }{x - x_0} \\ & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{ 2 \sin \frac{x-x_0}{2} \cos \frac{x+x_0}{2} }{x - x_0} \\ & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{ 2 \frac{x-x_0}{2} \cos \frac{x_0+x_0}{2} }{x - x_0} \\ & = \cos x_0. \\ (\cos x_0)' & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{ \cos x - \cos x_0 }{x - x_0} \\ & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{ -2 \sin \frac{x-x_0}{2} \sin \frac{x+x_0}{2} }{x - x_0} \\ & = \lim _{x \to x_0} \dfrac{ -2 \frac{x-x_0}{2} \sin \frac{x_0+x_0}{2} }{x - x_0} \\ & = - \sin x_0. \\ (\tan x)' & = \left( \dfrac{\sin x}{\cos x} \right)' \\ & = \dfrac{\cos x \cos x - (-\sin x) \sin x}{\cos^2 x} \\ & = \dfrac{1}{\cos^2 x}. \\ (\cot x)' & = \left( \dfrac{\cos x}{\sin x} \right)' \\ & = \dfrac{-\sin x \sin x - \cos x \cos x}{\sin^2 x} \\ & = - \dfrac{1}{\sin^2 x}. \\ (\sec x)' & = \left( \dfrac{1}{\cos x} \right)' = \dfrac{\sin x}{\cos^2 x} = \sec x \tan x. \\ (\csc x)' & = \left( \dfrac{1}{\sin x} \right)' = \dfrac{- \cos x}{\sin^2 x} = - \csc x \cot x. \end{align}}
反三角函数
[
]
(
arcsin
x
)
′
=
1
1
−
x
2
(
arccos
x
)
′
=
−
1
1
−
x
2
(
arctan
x
)
′
=
1
1
+
x
2
(
arccot
x
)
′
=
−
1
1
+
x
2
(
arcsec
x
)
′
=
1
|
x
|
x
2
−
1
(
arccsc
x
)
′
=
−
1
|
x
|
x
2
−
1
{\displaystyle {\begin{array}{cclccl}(\arcsin x)'&=&{\dfrac {1}{\sqrt {1-x^{2}}}}&(\arccos x)'&=&-{\dfrac {1}{\sqrt {1-x^{2}}}}\\(\arctan x)'&=&{\dfrac {1}{1+x^{2}}}&(\operatorname {arccot} x)'&=&-{\dfrac {1}{1+x^{2}}}\\(\operatorname {arcsec} x)'&=&{\dfrac {1}{|x|{\sqrt {x^{2}-1}}}}&(\operatorname {arccsc} x)'&=&-{\dfrac {1}{|x|{\sqrt {x^{2}-1}}}}\end{array}}}
关于这个定理/命题的证明,单击这里以显示/折叠
(
arcsin
x
)
′
=
1
(
sin
y
)
′
|
y
=
arcsin
x
=
1
cos
(
arcsin
x
)
=
1
1
−
x
2
.
(
arccos
x
)
′
=
1
(
cos
y
)
′
|
y
=
arccos
x
=
1
−
sin
(
arccos
x
)
=
−
1
1
−
x
2
.
(
arctan
x
)
′
=
1
(
tan
y
)
′
|
y
=
arctan
x
=
1
sec
2
(
arctan
x
)
=
1
1
+
tan
2
(
arctan
x
)
=
1
1
+
x
2
.
(
arccot
x
)
′
=
1
(
cot
y
)
′
|
y
=
arccot
x
=
1
−
csc
2
(
arccot
x
)
=
−
1
1
+
cot
2
(
arccot
x
)
=
−
1
1
+
x
2
.
(
arcsec
x
)
′
=
1
(
sec
y
)
′
|
y
=
arcsec
x
=
1
sec
(
arcsec
x
)
tan
(
arcsec
x
)
=
1
|
x
|
x
2
−
1
.
(
arccsc
x
)
′
=
1
(
csc
y
)
′
|
y
=
arccsc
x
=
1
−
csc
(
arccsc
x
)
cot
(
arccsc
x
)
=
−
1
|
x
|
x
2
−
1
.
{\displaystyle {\begin{aligned}(\arcsin x)'&={\dfrac {1}{(\sin y)'|_{y=\arcsin x}}}={\dfrac {1}{\cos(\arcsin x)}}={\dfrac {1}{\sqrt {1-x^{2}}}}.\\(\arccos x)'&={\dfrac {1}{(\cos y)'|_{y=\arccos x}}}={\dfrac {1}{-\sin(\arccos x)}}=-{\dfrac {1}{\sqrt {1-x^{2}}}}.\\(\arctan x)'&={\dfrac {1}{(\tan y)'|_{y=\arctan x}}}\\&={\dfrac {1}{\sec ^{2}(\arctan x)}}={\dfrac {1}{1+\tan ^{2}(\arctan x)}}={\dfrac {1}{1+x^{2}}}.\\(\operatorname {arccot} x)'&={\dfrac {1}{(\cot y)'|_{y=\operatorname {arccot} x}}}\\&={\dfrac {1}{-\csc ^{2}(\operatorname {arccot} x)}}=-{\dfrac {1}{1+\cot ^{2}(\operatorname {arccot} x)}}=-{\dfrac {1}{1+x^{2}}}.\\(\operatorname {arcsec} x)'&={\dfrac {1}{(\sec y)'|_{y=\operatorname {arcsec} x}}}={\dfrac {1}{\sec(\operatorname {arcsec} x)\tan(\operatorname {arcsec} x)}}={\dfrac {1}{|x|{\sqrt {x^{2}-1}}}}.\\(\operatorname {arccsc} x)'&={\dfrac {1}{(\csc y)'|_{y=\operatorname {arccsc} x}}}={\dfrac {1}{-\csc(\operatorname {arccsc} x)\cot(\operatorname {arccsc} x)}}=-{\dfrac {1}{|x|{\sqrt {x^{2}-1}}}}.\end{aligned}}}
相关章节
[
]
上一节:
导数
下一节:
求导法则
参考资料
欧阳光中, 朱学炎, 金福临, 陈传璋, 《数学分析》, 高等教育出版社, 北京, 2018-08, ISBN
978-7-0404-9718-2
.
微分学
(学科代码:1103410,
GB/T 13745—2009
)
极限论
数列
▪
数列极限
▪
上极限
和下极限 ▪
无穷小量
以及
无穷大量
▪
两面夹法则
▪
Stolz 定理
▪
Toeplitz 定理
▪
Stirling 公式
▪
函数极限
▪
第二重要极限
▪
不定型极限
与
L' Hospital 法则
▪
Heine 定理
一元连续性
连续函数
▪
间断点
▪
一致连续
▪
Cantor 一致连续性定理
▪
Lipschitz 连续
和
Hölder 连续
▪
基本初等函数
▪
幂平均
一元微分
导数
▪
基本初等函数的导数
▪
求导法则
▪
高阶导数
▪
莱布尼兹公式(高阶导数)
▪
微分
以及
差分
▪
Darboux 定理
▪
零点定理
中值定理
微分的应用
Fermat 定理
▪
Rolle 定理
▪
Lagrange 中值定理
▪
Cauchy 中值定理
▪
Taylor 公式
▪
函数极值
▪
函数凸性
▪
渐近线
▪ 曲线的
曲率
多元极限
多元微分
Euclid 空间点集
▪
Euclid 空间中的基本定理
▪
多元函数
▪
多元函数的连续性
▪
偏导数
▪
全微分
▪
隐函数求导法
▪
方向导数
▪
多元 Taylor 展开
▪
多元函数的极值
▪
多元函数的条件极值
与
Lagrange 乘数法
▪
隐函数
所在位置:
数学
(110)→
数学分析
(11034)→
微分学
(1103410)
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