一、 隱函數的導數
我們常見的函數如y=sinx,y=x2+lnx等,函數關係直接由僅含自變量的算式表示,即y=f(x),這種函數稱為顯函數.但是有時會遇到另一類函數,如x2-3y2=1,ey-xy+1=0等,兩個變量的相互關聯不一定是顯現的,而是被製約在一個方程中,即F(x,y)=0,這種以方程形式確定的函數叫作隱函數.有些隱函數可以轉化為顯函數,但也有些隱函數不可以化為顯函數,下麵介紹隱函數的求導方法.
隱函數的求導方法如下:
第一步將方程F(x,y)=0兩邊分別對x求導,遇到y時,就視y為x的函數y=y(x);遇到y的函數,就看成x的複合函數,其中y為中間變量.
第二步解出yx′即yx′=dydx.
例231求由方程ey-e2x+y=0確定的函數y=y(x)的導數dydx.
解方程兩端同時對x求導,得eydydx-2e2x+dydx=0,解得dydx=2e2xey+1.
例232求曲線x2+y2+xy=4在點(2,-2)處的切線方程.
解方程兩端同時對x求導,得2x+2yy′+y+xy′=0,整理得y′=-2x+yx+2y.
在點(2,-2)處的切線斜率為y′(2,-2)=1.
由直線方程點斜式,所求切線方程為y-(-2)=1·(x-2),即y-x+4=0.
例233設y=xx(x>0),求y′.
分析通常形如y=u(x)v(x)的函數稱為冪指函數,此類函數不能直接利用公式及運算法則求出導數.為了求這類函數的導數,可利用對數的性質化簡,轉化為隱函數形式,然後再應用隱函數的求導方法求出導數,這種方法稱之為對數求導法.
解兩邊取對數,得lny=xlnx,上式兩邊同時對x求導,得1yy′=lnx+x·1x.所以y′=y(lnx+1)=xx(lnx+1).
此題也可用複合函數求導法則來求冪指函數的導數,解法如下:
因為y=xx=exlnx,所以有y′=(exlnx)′=exlnx(xlnx)′=xx(lnx+1).注
意對數求導法既可以求冪指函數y=u(x)v(x)的導數,還可以求由多個含變量的式子的乘、除、乘方、開方構成的函數的導數.例如:y=(x+2)3(2x-1)2x,y=3(x-1)(x-2)2(x-3)5,y=x(1+x2)arctanx等.
例234設y=(x+1)3(x+2)3-x,求y′.
解等式兩邊同時取對數,得lny=32ln(x+1)+12ln(x+2)-12ln(3-x).
上式兩邊同時對x求導,得y′y=32·1x+1+12·1x+2+1213-x,於是有y′=(x+1)3(x+2)3-x32(x+1)+12(x+2)+12(3-x).
二、 高階導數
變速直線運動的質點的路程函數為s=s(t),則速度v(t)=s′(t)=limΔt→0s(t+Δt)-s(t)Δt,加速度a(t)=limΔt→0ΔvΔt=limΔt→0v(t+Δt)-v(t)Δt,從而a(t)=v′(t)=s′(t)′.這種導數的導數s′(t)′叫作s對t的二階導數,記作s″(t),所以,直線運動的加速度就是路程函數s對時間t的二階導數.一般地,可給出如下定義: