分式如何求导
admin
2023-09-06 14:48:38

在微积分中,求导是一个非常重要的概念。它可以帮助我们计算函数在某一点的斜率,从而更好地理解函数的性质。在求导的过程中,我们经常会遇到分式。那么,分式如何求导呢?

首先,我们需要知道一个基本的求导公式:如果$f(x)$和$g(x)$都是可导的函数,那么$\frac{d}{dx}(f(x)+g(x))=\frac{d}{dx}f(x)+\frac{d}{dx}g(x)$。这个公式告诉我们,对于一个求和的函数,我们可以将它拆分成两个函数的求导之和。

接下来,我们来看一个简单的分式:$y=\frac{1}{x}$。我们可以将它写成$y=x^{-1}$的形式。根据求导公式,我们有$\frac{d}{dx}y=\frac{d}{dx}x^{-1}$。现在,我们需要使用链式法则来求导。链式法则告诉我们,如果$y=f(u)$,而$u=g(x)$,那么$\frac{dy}{dx}=\frac{dy}{du}\cdot\frac{du}{dx}$。将它应用到我们的分式中,我们有$\frac{d}{dx}x^{-1}=\frac{d}{du}u^{-1}\cdot\frac{du}{dx}$。因为$u=x$,所以$\frac{du}{dx}=1$。又因为$u^{-1}=x^{-1}$,所以$\frac{d}{du}u^{-1}=-x^{-2}$。将它们代入公式中,我们得到$\frac{d}{dx}x^{-1}=-x^{-2}\cdot1=-\frac{1}{x^2}$。因此,$y=\frac{1}{x}$的导数是$y'=-\frac{1}{x^2}$。

接下来,我们来看一个稍微复杂一些的分式:$y=\frac{x^2+1}{x}$。我们可以将它写成$y=x+\frac{1}{x}$的形式。根据求导公式,我们有$\frac{d}{dx}y=\frac{d}{dx}(x+\frac{1}{x})$。现在,我们需要分别对$x$和$\frac{1}{x}$求导。对于$x$,它的导数是$1$。对于$\frac{1}{x}$,我们可以使用之前的求导公式,得到它的导数是$-\frac{1}{x^2}$。将它们代入公式中,我们得到$\frac{d}{dx}(x+\frac{1}{x})=1-\frac{1}{x^2}$。因此,$y=\frac{x^2+1}{x}$的导数是$y'=1-\frac{1}{x^2}$。

最后,我们来看一个更加复杂的分式:$y=\frac{x^3+2x^2+3x+4}{x^2+1}$。我们可以使用长除法将它化简为$y=x+2-\frac{x-2}{x^2+1}$的形式。根据求导公式,我们有$\frac{d}{dx}y=\frac{d}{dx}(x+2-\frac{x-2}{x^2+1})$。现在,我们需要分别对$x+2$和$\frac{x-2}{x^2+1}$求导。对于$x+2$,它的导数是$1$。对于$\frac{x-2}{x^2+1}$,我们需要使用商规则来求导。商规则告诉我们,如果$y=\frac{u}{v}$,那么$y'=\frac{u'v-uv'}{v^2}$。将它应用到我们的分式中,我们有$\frac{d}{dx}\frac{x-2}{x^2+1}=\frac{(1)(x^2+1)-(x-2)(2x)}{(x^2+1)^2}$。将它们代入公式中,我们得到$\frac{d}{dx}(x+2-\frac{x-2}{x^2+1})=1-\frac{3x^2-2x+2}{(x^2+1)^2}$。因此,$y=\frac{x^3+2x^2+3x+4}{x^2+1}$的导数是$y'=1-\frac{3x^2-2x+2}{(x^2+1)^2}$。

综上所述,求导分式需要使用链式法则和商规则。对于简单的分式,我们可以直接使用这些规则来求导。对于复杂的分式,我们需要使用长除法将它们化简为更简单的形式,然后再求导。

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