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常見函式求導

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那如果讓你證明你會嗎?
我不會
如果用定義會很麻煩,這裡用到的都是反函式,就想到了反函式求導法則

反函式的導數

  • y = f ( x ) 是 x = ψ ( y ) y=f(x)是x=\psi(y) y=f(x)x=ψ(y)的反函式
  • ψ ( y ) \psi(y) ψ(y)滿足:
    • ①在 y 0 y_0 y0的某鄰域內連續
    • ②嚴格單調
    • ψ ′ ( y 0 ) ≠ 0 \psi'(y_0)\ne0 ψ(y0)=0
  • f ( x ) f(x) f(x) x 0 ( x 0 = ψ ( y 0 ) x_0(x_0=\psi(y_0) x0(x0=ψ(y0)處可導,且 f ′ ( x 0 ) = 1 ψ ′ ( y 0 ) f'(x_0)=\frac1{\psi'(y_0)}
    f(x0)=ψ(y0)1

證明

  • 要證明: lim ⁡ △ x → 0 △ y △ x = lim ⁡ △ y → 0 1 △ x △ y \lim_{\triangle x\to 0}\frac{\triangle y}{\triangle x}=\lim_{\triangle y\to 0}\frac1{\frac{\triangle x}{\triangle y}} x0limxy=y0limyx1其中 △ x = ψ ( y 0 + △ y ) − ψ ( y 0 ) \triangle x=\psi(y_0+\triangle y)-\psi(y_0) x=ψ(y0+y
    )
    ψ(y0)
    △ y = f ( x 0 + △ x ) − f ( x 0 ) \triangle y=f(x_0+\triangle x)-f(x_0) y=f(x0+x)f(x0)
  • 現在要證明 △ x → 0 ⇔ △ y → 0 \triangle x\to 0 \Leftrightarrow \triangle y\to 0 x0y0
  • 這就用到了第二點那一堆苛刻的條件啦
  • ψ \psi ψ y 0 y_0 y0的某鄰域內連續+嚴格單調
  • f = ψ − 1 f=\psi^{-1} f=ψ1 x 0 x_0 x0的某鄰域內連續且嚴格單調
  • 於是當且僅當 △ y = 0 \triangle y=0 y
    =
    0
    時, △ x = 0 \triangle x=0 x=0
  • 也當且僅當 △ y → 0 \triangle y\to0 y0時, △ x → 0 \triangle x\to0 x0
  • 由於 ψ ′ ( y 0 ) ≠ 0 \psi'(y_0)\ne 0 ψ(y0)=0,有 f ′ ( x 0 ) = lim ⁡ △ x → 0 △ y △ x = lim ⁡ △ y → 0 △ y △ x f'(x_0)=\lim_{\triangle x\to0}\frac{\triangle y}{\triangle x}=\lim_{\triangle y\to0}\frac{\triangle y}{\triangle x} f(x0)=x0limxy=y0limxy = 1 lim ⁡ △ y → 0 △ x △ y = 1 ψ ′ ( y 0 ) =\frac1{\lim\limits_{\triangle y\to0}\frac{\triangle x}{\triangle y}}=\frac1{\psi'(y_0)} =y0limyx1=ψ(y0)1

然後上面的題就好證明多啦!
舉個例子
( arcsin ⁡ x ) ′ = 1 1 − x 2 (\arcsin x)'=\frac{1}{\sqrt{1-x^2}} (arcsinx)=1x2 1

  • y = arcsin ⁡ x , x = sin ⁡ y y=\arcsin x,x=\sin y y=arcsinx,x=siny
  • 在這裡插入圖片描述
  • ( arcsin ⁡ x ) ′ = 1 ( sin ⁡ y ) ′ = 1 cos ⁡ y = 1 1 − x 2 (\arcsin x)'=\frac{1}{(\sin y)'}=\frac1{\cos y}=\frac1{\sqrt{1-x^2}} (arcsinx)=(siny)1=cosy1=1x2 1