求高等数学所有的求导公式
【求高等数学所有的求导公式】在高等数学中,求导是微积分的重要基础内容之一,广泛应用于函数分析、极值求解、物理建模等多个领域。掌握常见的求导公式对于学习和应用微积分具有重要意义。本文将系统总结高等数学中常见的求导公式,并以表格形式进行归纳整理,便于查阅和记忆。
一、基本初等函数的导数公式
| 函数 | 导数 |
| $ f(x) = c $(常数) | $ f'(x) = 0 $ |
| $ f(x) = x^n $(n为实数) | $ f'(x) = nx^{n-1} $ |
| $ f(x) = \sin x $ | $ f'(x) = \cos x $ |
| $ f(x) = \cos x $ | $ f'(x) = -\sin x $ |
| $ f(x) = \tan x $ | $ f'(x) = \sec^2 x $ |
| $ f(x) = \cot x $ | $ f'(x) = -\csc^2 x $ |
| $ f(x) = \sec x $ | $ f'(x) = \sec x \tan x $ |
| $ f(x) = \csc x $ | $ f'(x) = -\csc x \cot x $ |
| $ f(x) = e^x $ | $ f'(x) = e^x $ |
| $ f(x) = a^x $(a>0, a≠1) | $ f'(x) = a^x \ln a $ |
| $ f(x) = \ln x $ | $ f'(x) = \frac{1}{x} $ |
| $ f(x) = \log_a x $(a>0, a≠1) | $ f'(x) = \frac{1}{x \ln a} $ |
二、复合函数的导数(链式法则)
若 $ y = f(u) $,且 $ u = g(x) $,则:
$$
\frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du} \cdot \frac{du}{dx}
$$
例如:
- $ y = \sin(3x) $ 的导数为:$ \cos(3x) \cdot 3 = 3\cos(3x) $
- $ y = (x^2 + 1)^5 $ 的导数为:$ 5(x^2 + 1)^4 \cdot 2x = 10x(x^2 + 1)^4 $
三、导数的四则运算法则
设 $ f(x) $ 和 $ g(x) $ 均可导,则有:
| 运算 | 公式 |
| 加法 | $ [f(x) + g(x)]' = f'(x) + g'(x) $ |
| 减法 | $ [f(x) - g(x)]' = f'(x) - g'(x) $ |
| 乘法 | $ [f(x) \cdot g(x)]' = f'(x)g(x) + f(x)g'(x) $ |
| 除法 | $ \left[\frac{f(x)}{g(x)}\right]' = \frac{f'(x)g(x) - f(x)g'(x)}{[g(x)]^2} $($ g(x) \ne 0 $) |
四、高阶导数公式
对于某些常见函数,其高阶导数也有规律:
| 函数 | n阶导数 |
| $ f(x) = e^x $ | $ f^{(n)}(x) = e^x $ |
| $ f(x) = \sin x $ | $ f^{(n)}(x) = \sin\left(x + \frac{n\pi}{2}\right) $ |
| $ f(x) = \cos x $ | $ f^{(n)}(x) = \cos\left(x + \frac{n\pi}{2}\right) $ |
| $ f(x) = x^n $ | $ f^{(k)}(x) = \frac{n!}{(n-k)!} x^{n-k} $(当 $ k \leq n $) |
五、隐函数求导
若 $ F(x, y) = 0 $,则通过两边对 $ x $ 求导,得到:
$$
\frac{dy}{dx} = -\frac{\frac{\partial F}{\partial x}}{\frac{\partial F}{\partial y}}
$$
六、参数方程求导
设 $ x = x(t) $,$ y = y(t) $,则:
$$
\frac{dy}{dx} = \frac{\frac{dy}{dt}}{\frac{dx}{dt}} \quad \text{(当 } \frac{dx}{dt} \ne 0 \text{)}
$$
七、反函数求导
若 $ y = f(x) $ 与 $ x = f^{-1}(y) $ 互为反函数,且 $ f'(x) \ne 0 $,则:
$$
\frac{dx}{dy} = \frac{1}{\frac{dy}{dx}}
$$
总结
高等数学中的求导公式是理解和应用微积分的基础工具。通过对基本初等函数、复合函数、高阶导数、隐函数、参数方程以及反函数的导数进行系统总结,可以更高效地解决各类微分问题。建议在学习过程中反复练习并结合具体例题加深理解,从而提升计算能力和逻辑思维水平。
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