§2.1 导数的定义
导数思想最早由法国数学家 Fermat 在研究极值问题中提出。 微积分学创始人:德国数学家 Leibniz、英国数学家 Newton。
引例
1. 变速直线运动的瞬时速度:
2. 曲线的切线斜率:割线 MN 的极限位置 MT
共性:所求量为函数增量与自变量增量之比的极限。
导数的定义
设函数 在点 的某邻域内有定义,若极限 存在,则称 在 处可导,并称此极限为 在 处的导数,记为 。
等价形式(增量形式):记 ,则
导数记号:、、
导数的其他等价形式:
几何意义: 是曲线 在点 处的切线斜率。
物理意义: 是 时刻的瞬时速度。
导函数
若 在区间 上的每一点都可导,记: 称为 在区间 上的导函数,简称导数。
导数值等于导函数的函数值:
可导与连续的关系
可导必连续(⭐)
定理:若 在 处可导,则 在 处连续。
证明:由 ,取极限即得。
连续不一定可导
典型反例: 在 处连续,但不可导(尖点)。
可导函数的结构性质
若 在 处可导,则:
特殊性质
若 在 处连续,且 ,则 ,。
若 ,且 存在,则
单侧导数
左导数: 右导数:
性质: 在 可导 ⇔
闭区间 上可导记为 ,需 和 都存在。
反函数的求导法则
定理:设 的反函数为 ,若 ,则
反函数的导数等于原函数导数的倒数。
基本初等函数的求导公式
| 函数 | 导数 | 推导 |
|---|---|---|
| (常数) | 定义 | |
| (n∈ℤ⁺) | 二项式展开 | |
| (μ为常数) | 等价无穷小 | |
| 和差化积 | ||
| 同理 | ||
| 商的法则 | ||
| 同理 | ||
| 反函数求导 | ||
| 同理 | ||
| 反函数求导 | ||
| 对数定义 | ||
| 换底 | ||
| 等价无穷小 | ||
重要公式:
§2.2 导数的四则运算与复合运算
四则运算法则
设 、 可导,则:
| 运算法则 | 公式 |
|---|---|
| 和差 | |
| 积 | |
| 商 |
推广(三项积):
复合函数求导法则(链式法则 ⭐)
定理:如果 在 处可导,而 在 处可导,则
即
多重复合:
关键:搞清复合函数结构,由外向内逐层求导。
重要概念区分
| 记号 | 含义 |
|---|---|
| 在 处的值 | |
| 复合函数的导函数 |
对数求导法
适用于幂指函数 等形式:
- 两边取对数:
- 两边求导:
公式:
切线方程与法线方程
若 在 处可导,则:
切线方程:
法线方程:()
关键公式汇总
| 公式 | 说明 |
|---|---|
| 导数定义 | |
| 可导函数结构 | |
| 可导 ⇒ 连续 | 逆不真 |
| 反函数求导 | |
| 链式法则 | |
| $[\ln | x |
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