幂(或势函数)的导数

在这里,我们解释如何导出幂(或势函数),您将找到幂导数的公式,几个示例,您甚至可以通过逐步解决的练习进行练习。

幂的导数公式

幂或势函数的导数是幂的指数乘以底数的指数减去 1 乘以底数的导数的乘积。

f(x)=u^k \quad\color{orange}\bm{\longrightarrow}\color{black}\quad f'(x)=k\cdot u^{k-1}\cdot u'

因此,如果基数是恒等函数,要得到幂,只需将函数乘以指数,然后从指数中减去一个单位:

f(x)=x^k \quad\color{orange}\bm{\longrightarrow}\color{black}\quad f'(x)=k\cdot x^{k-1}

事实上,恒等函数的导数等于 1。

总之,要导出势函数,有两个公式:第一个公式始终可用,第二个公式仅当底为 x 时才适用。

源于一种力量

我们可以轻松验证幂导数的第一个公式与第二个公式相似,但应用了链式法则。

请注意,这些公式仅当变量是幂的底数时才能使用,如果 x 位于分母中,则必须应用指数函数导数的规则:

请参阅:指数函数的导数

幂导数的例子

一旦我们了解了势函数的导数公式,我们将解释此类导数的几个示例,以便您了解幂是如何导出的。

示例 1:基数 x 的导数

f(x)=x^4

正如我们在上一节中所解释的,当幂的底数仅为 x 时,我们必须使用以下公式来推导该函数:

f(x)=x^k \quad\color{orange}\bm{\longrightarrow}\color{black}\quad f'(x)=k\cdot x^{k-1}

因此,x 次方 4 次方的导数为:

f(x)=x^4 \quad\color{orange}\bm{\longrightarrow}\color{black}\quad f'(x)=4\cdot x^{4-1}=4x^3

示例 2:带括号的幂的导数

f(x)=(2x-1)^5

在这个例子中,基数不是恒等函数,因此我们必须使用幂导数的通用公式:

f(x)=u^k \quad\color{orange}\bm{\longrightarrow}\color{black}\quad f'(x)=k\cdot u^{k-1}\cdot u'

括号中的函数是线性函数,因此它的导数为2。因此,整个势函数的导数为:

f(x)=(2x-1)^5 \quad\color{orange}\bm{\longrightarrow}\color{black}\quad f'(x)=5\cdot (2x-1)^4\cdot 2=10(2x-1)^4

示例 3:负幂的导数

f(x)=(\log 9x)^{-2}

在这种情况下,我们有一个指数为负且底数为对数的势函数,因此我们将使用以下公式对该函数进行微分:

f(x)=u^k \quad\color{orange}\bm{\longrightarrow}\color{black}\quad f'(x)=k\cdot u^{k-1}\cdot u'

即使幂指数为负数,也必须减一。因此该函数的导数为:

f'(x)=-2\cdot (\log 9x)^{-3}\cdot \cfrac{1}{9x\cdot \ln 10}\cdot 9 =\cfrac{-2(\log 9x)^{-3}}{x\ln 10}

如果您对解法有任何疑问,可以在这里查阅对数函数导数的公式:

请参阅: 对数函数的导数

示例 4:带根的幂的导数

f(x)=\sqrt[3]{(5x+2)^7}

此示例中的函数是正则表达式中的幂。然而,根式可以转换为势表达式,因此可以通过将其转换为带有分数指数的势函数来简化该函数:

f(x)=(5x+2)^{\frac{7}{3}}

现在我们应用变量幂的导数公式:

f(x)=u^k \quad\color{orange}\bm{\longrightarrow}\color{black}\quad f'(x)=k\cdot u^{k-1}\cdot u'

导数为:

f'(x)=\cfrac{7}{3}\cdot (5x+2)^{\frac{7}{3}-1} \cdot 5=\cfrac{35}{3}(5x+2)^{\frac{4}{3}}

您还可以使用根导数规则区分这些类型的函数:

请参见: 源自根

解答了幂导数的练习

计算以下幂的导数:

\text{A) } f(x)=x^8

\text{B) } f(x)=3x^5

\text{C) } f(x)=-2x^{-4}

\text{D) } f(x)=(3x^2-4x)^6

\text{E) } f(x)=6(x^2+10)^3

\text{F) } f(x)=\cfrac{1}{(9x+2)^3}

\text{G) } f(x)=\sqrt{4x^5}

\text{H) } \displaystyle f(x)=\left(x^2-4x+\frac{1}{3}\right)^4

\text{I) } f(x)=\text{sen}^3(6-2x)

\text{A) } f'(x)=8x^7

\text{B) } f'(x)=15x^4

\text{C) } f'(x)=8x^{-5}

\text{D) } f'(x)=6(3x^2-4x)^5\cdot (3x-4)

\text{E) } f'(x)=3\cdot 6(x^2+10)^2 \cdot 2x=36x(x^2+10)^2

\text{F) } f'(x)=-3\cdot (9x+2)^{-4}\cdot 9 =-27(9x+2)^{-4}

\text{G) } f'(x)=\cfrac{5}{2}\cdot 2x^{\frac{5}{2}-1} =5x^{\frac{3}{2}}

\text{H) } \displaystyle f'(x)=4\left(x^2-4x+\cfrac{1}{3}\right)^3\cdot (2x-4)

\text{I) } f'(x)=3\text{sen}^2(6-2x)\cdot \text{cos}(6-2x)\cdot (-2)=-6x\cdot \text{sen}^2(6-2x)\cdot \text{cos}(6-2x)

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