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基本求导公式
Math Calculus Mode
公式卡
文字陈述
幂函数的导数等于把指数 n 提下来作系数、指数降一次:(x^n)'=nx^(n-1);常数函数的导数为 0(变化率为零),一次函数 kx+b 的导数恒为 k(斜率即变化率)。例如 (x²)'=2x、(x³)'=3x²、(1/x)'=-1/x²、(√x)'=1/(2√x),后两个分别是 n=-1 与 n=1/2 的情形。
单位与量纲
纯数学问题中函数值与导数均无量纲;幂函数求导公式要求先把函数化成 x^n 的标准形式(根式化为分数指数、分式化为负指数),n 可取非零有理数;若函数带物理单位,导数单位等于“函数值单位除以自变量单位”。
使用顺序
先看演示,再调参数,最后看例题和小测。
数学微积分模式:差商与切线斜率
试试看
1操作:保持“二次项系数”=1,把“切点横坐标 x0”从 1 拉到 2,再拉到 3。 观察:切线斜率怎么变?与公式 (x²)'=2x 算出的值一致吗?看提示
参考:斜率依次为 2、4、6,恰为 2x₀;(x²)'=2x 在 x₀=1、2、3 处分别给出 2、4、6——公式把每一点的斜率打包成了函数。
2操作:保持“切点横坐标 x0”=1,把“二次项系数”从 1 调到 -1。 观察:曲线与切线发生了什么变化?斜率的符号说明什么?看提示
参考:曲线开口由向上变为向下,切线由上升变为下降(斜率从 2 变为 -2);导数的正负刻画增减,系数变号让 x>0 处的函数由增变减。
3操作:把“增量尺度(Δx 相关)”从 2 逐渐调小到 0.5。 观察:画布中的割线与切线的位置关系如何变化?看提示
参考:Δx 越小,割线越贴近该点处的切线;Δx→0 时割线斜率的极限就是公式给出的导数值——基本求导公式正是“先差商、后取极限”算完后存下来的结果。
切线斜率
Δx
变化率
抛物线与其切线
概念精讲
用导数定义算 (x²)':差商 ((x+Δx)²-x²)/Δx=2x+Δx,令 Δx→0 得 2x。同样的流程对 x³ 得 3x²、对 x⁴ 得 4x³……规律浮出水面:指数提下来作系数、指数降一次。这就是幂函数求导公式 (x^n)'=nx^(n-1)——它是“先差商、后取极限”认真算过一遍后存下来的结论,定义是根,公式是果。
公式家族各有直观:常数 C 的图像是水平线,处处不变化,所以 C'=0;一次函数 kx+b 的斜率恒为 k,导数处处是 k;x² 的导数 2x 随 x 增大而增大,恰像匀加速运动中速度均匀增长。把分式与根式改写成负指数、分数指数后公式照样适用:(1/x)'=-1/x²、(√x)'=1/(2√x)——n 取负数与分数都不碍事。
套公式前先“整形”:x·x² 先合并成 x³,2/x 先写成 2x⁻¹,形式不对公式就落空;多项式求导是逐项进行的,每一项各自处理,常数项的导数为 0。求导得到的 f'(x) 是“斜率函数”:要某点的切线斜率或瞬时变化率,把该点横坐标代进去即可;写切线方程还差一个点——切点纵坐标必须回到原函数去求。
按难度递进完成,先自己作答再展开解析。
变式练习
求下列函数的导数:(1) f(x)=x⁴;(2) f(x)=5。
求 f(x)=3x²-4x+1 的导数。
求 f(x)=√x 的导数,并求曲线在 x=4 处的切线斜率。
质点的位移(单位:m)满足 s=t³+t(t 的单位:s)。求速度 v=s'(t) 的表达式,并求 t=2 s 时的速度与加速度。
易错点
误区:(x³)'=x²,求导就是“指数减一”。
为什么错:丢掉了“提系数”这一步。用定义验证:差商 ((x+Δx)³-x³)/Δx 化简为 3x²+3xΔx+(Δx)²,取极限是 3x² 而不是 x²。
正确理解:(x^n)'=nx^(n-1):指数提出来的同时降一次,两步缺一不可。
误区:常数的导数是它本身,如 5'=5、π'=π。
为什么错:导数刻画的是变化率,常数不随 x 变化,变化率处处为零;π'=π 把“求导”错当成“照抄”。
正确理解:任何常数(包括 π、ln2 这样的常数)的导数都是 0;只有含 x 的项求导后才留下非零结果。
误区:求 (x²)' 在 x=3 处的值,可以先把 x=3 代入函数得 9,再求 9 的导数。
为什么错:先代入得到的是常数 9,其导数为 0,函数关系的信息全部丢失;求导是对整个函数关系进行的,代入必须在求导之后。
正确理解:先求 f'(x)=2x,再把 x=3 代入得 6;“先代后求”是顺序性错误。
小测1/3
函数 f(x)=x³ 的导数是?