곱의 파생(또는 곱셈)

이 글에서는 두 함수(공식)의 곱을 도출하는 방법을 설명합니다. 또한, 함수곱의 도함수에 대한 몇 가지 예를 볼 수 있으며 곱셈 도함수에 대한 연습 문제도 연습할 수 있습니다.

제품 파생 공식

두 개의 서로 다른 함수의 곱의 도함수는 두 번째 미분 함수에 의한 첫 번째 함수의 도함수와 두 번째 함수의 도함수에 의한 첫 번째 미분 함수의 곱의 곱과 같습니다.

즉, f(x)g(x) 가 서로 다른 두 함수인 경우 두 함수 간의 곱셈의 도함수 공식은 다음과 같습니다.

제품에서 파생된

따라서 곱의 도함수 규칙을 적용하여 단순한 곱셈에서 두 개의 서로 다른 곱으로 이동합니다.

제품 파생물의 예

곱셈(또는 곱셈)의 도함수 공식이 무엇인지 알게 되면 이러한 유형의 도함수에 대한 몇 가지 예를 풀 것입니다. 이렇게 하면 두 함수의 곱이 어떻게 파생되는지 이해하기가 훨씬 쉬워집니다.

실시예 1

이 예에서는 다음을 곱하여 두 가지 잠재적 함수의 미분을 해결합니다.

f(x)=5x^2\cdot (x^3+4x-6)

이전 섹션에서 살펴본 것처럼 곱셈의 미분 공식은 다음과 같습니다.

\begin{array}{c}z(x)=f(x)\cdot g(x) \\[1.5ex]\color{orange}\bm{\downarrow}\\[1.5ex] z'(x)=f'(x)\cdot g(x)+f(x)\cdot g'(x)\end{array}

따라서 먼저 각 함수의 도함수를 개별적으로 계산해야 합니다.

\cfrac{d}{dx}\ 5x^2=10x

\cfrac{d}{dx}\ (x^3+4x-6)=3x^2+4

그리고 각 함수의 도함수를 알면 두 함수의 곱의 도함수에 대한 공식을 적용할 수 있습니다. 즉, 첫 번째 요소의 도함수에 미분하지 않고 두 번째 요소를 곱한 다음 두 번째 요소의 도함수로 미분하지 않고 첫 번째 요소의 곱을 더합니다.

\begin{array}{c}f(x)=5x^2\cdot (x^3+4x-6)\\[1.5ex]\color{orange}\bm{\downarrow}\\[1.5ex] f'(x)=10x\cdot (x^3+4x-6)+5x^2\cdot (3x^2+4)\end{array}

마지막으로 얻은 결과를 단순화하기 위한 작업을 수행합니다.

\begin{aligned}f'(x)& =10x\cdot (x^3+4x-6)+5x^2\cdot (3x^2+4)\\[1.5ex] & = 10x^4+40x^2-60x +15x^4+20x^2 \\[1.5ex] & = 25x^4+60x^2-60x\end{aligned}

실시예 2

이 경우 우리는 함수에 의해 상수의 곱을 유도할 것입니다:

f(x)=7\cdot (x^2+3x)

제품의 미분 규칙은 다음과 같습니다.

\begin{array}{c}z(x)=f(x)\cdot g(x) \\[1.5ex]\color{orange}\bm{\downarrow}\\[1.5ex] z'(x)=f'(x)\cdot g(x)+f(x)\cdot g'(x)\end{array}

따라서 우리는 제품의 일부인 각 기능을 별도로 파생합니다.

\cfrac{d}{dx}\ 7=0

\cfrac{d}{dx}\ (x^2+3x)=2x+3

그런 다음 곱셈의 도함수에 대한 규칙을 적용합니다.

\begin{array}{c}f(x)=7\cdot (x^2+3x)\\[1.5ex]\color{orange}\bm{\downarrow}\\[1.5ex] f'(x)=0\cdot (x^2+3x)+7\cdot (2x+3)=14x+21\end{array}

상수의 미분은 항상 0이므로 상수에 함수를 곱한 미분은 상수와 함수의 미분의 곱과 같다고 추론할 수 있습니다.

\definecolor{taronjaquadreejemplo}{HTML}{FF9800}  \newtcbox{\mymath}[1][]{%     nobeforeafter, math upper, tcbox raise base,     enhanced, colframe=taronjaquadreejemplo,      boxrule=1.1pt, boxsep=2mm,     #1} \begin{empheq}[box={\mymath[colback=white, shadow={2mm}{-2mm}{0mm}{taronjaquadreejemplo!20!white,} ]}]{equation*}      \begin{array}{c}z(x)=k\cdot f(x) \\[1.5ex]\color{orange}\bm{\downarrow}\\[1.5ex] z'(x)=k\cdot f'(x)\end{array} \end{empheq}

실시예 3

지수함수와 자연로그 사이의 곱을 풀어보겠습니다.

f(x)=4^{3x}\cdot \ln(x^2)

두 함수의 곱셈의 미분 공식은 다음과 같습니다.

\begin{array}{c}z(x)=f(x)\cdot g(x) \\[1.5ex]\color{orange}\bm{\downarrow}\\[1.5ex] z'(x)=f'(x)\cdot g(x)+f(x)\cdot g'(x)\end{array}

따라서 먼저 곱을 구성하는 각 함수의 도함수를 별도로 만들어야 하며, 이는 다음과 같습니다.

\cfrac{d}{dx}\ 4^{3x}=4^{3x}\cdot \ln (4) \cdot 3

\cfrac{d}{dx}\ \ln(x^2)=\cfrac{2x}{x^2}=\cfrac{2}{x}

따라서 함수의 파생 제품은 다음과 같습니다.

\begin{array}{c}f(x)=4^{3x}\cdot \ln(x^2)\\[1.5ex]\color{orange}\bm{\downarrow}\\[1.5ex] f'(x)=4^{3x}\cdot \ln (4) \cdot 3\cdot \ln(x^2) +4^{3x}\cdot \cfrac{2}{x} \end{array}

제품 파생물에 대한 해결 연습

다음과 같은 기능 제품을 파생합니다.

\text{A) }f(x)=5\ln(3x)

\text{B) }f(x)=(4x^2+1)(6x^3-7)

\text{C) }f(x)=\text{cos}(4x)\cdot e^{x^2}

\text{D) }f(x)=(3x^3-4x^2+8x)\cdot \sqrt{6x^2+3x}

\text{E) }f(x)=5^{4x}\cdot \log_9(x^3-x)

\text{F) }f(x)=\left(10x^6-6x^5\right)^4\cdot \text{arcsen}(x^2+9x)

\text{A) } f'(x)=5\cdot \cfrac{3}{3x} =\cfrac{5}{x}

\begin{aligned}\text{B) }f'(x)&=8x\cdot (6x^3-7)+(4x^2+1)\cdot 18x^2\\[1.2ex]&=48x^4-56x+72x^4+18x^2\\[1.2ex]&=120x^4+18x^2-56x \end{aligned}

\text{C) }f'(x) =-4\text{sen}(4x)\cdot e^{x^2}+\text{cos}(4x)\cdot e^{x^2}\cdot 2x

\text{D) }f'(x)=(9x^2-8x+8)\cdot \sqrt{6x^2+3x}+(3x^3-4x^2+8x)\cdot\cfrac{12x+3}{2\sqrt{6x^2+3x}}

\text{E) }f'(x)=5^{4x}\cdot \ln(5) \cdot 4 \cdot \log_9(x^3-x)+ 5^{4x}\cdot\cfrac{3x^2-1}{(x^3-x)\ln(9)}

\begin{aligned}\text{F) }f'(x)=& 4\left(10x^6-6x^5\right)^3\cdot (60x^5-30x^4)\cdot \text{arcsen}(x^2+9x)\ +\\[1.2ex] &+\left(10x^6-6x^5\right)^4\cdot \cfrac{2x+9}{\sqrt{1-\left(x^2+9x\right)^2}}\end{aligned}

3가지 기능을 갖춘 제품에서 파생됨

다음으로, 3개 함수의 곱셈의 미분 공식을 알려드리겠습니다. 이는 2개 함수의 공식과 매우 유사하고 경우에 따라 유용할 수 있기 때문입니다.

세 함수의 곱의 도함수는 첫 번째 함수와 다른 두 함수의 도함수, 두 번째 함수와 다른 두 함수의 도함수의 곱, 그리고 다음 함수의 도함수의 곱과 같습니다. 세 번째 function.function은 다른 두 함수에 의해 수행됩니다.

\definecolor{taronjaquadreejemplo}{HTML}{FF9800}  \newtcbox{\mymath}[1][]{%     nobeforeafter, math upper, tcbox raise base,     enhanced, colframe=taronjaquadreejemplo,      boxrule=1.1pt, boxsep=1mm,     #1} \begin{empheq}[box={\mymath[colback=white, shadow={2mm}{-2mm}{0mm}{taronjaquadreejemplo!20!white,} ]}]{equation*}      \begin{array}{c}z(x)=f(x)\cdot g(x)\cdot h(x) \\[1.5ex]\color{orange}\bm{\downarrow}\\[1.5ex] z'(x)=f'(x)\cdot g(x)\cdot h(x)+f(x)\cdot g'(x)\cdot h(x)+f(x)\cdot g(x)\cdot h'(x)\end{array} \end{empheq}

예를 들어, 세 가지 다른 함수의 다음과 같은 곱셈을 도출하려는 경우:

f(x)=3x\cdot e^{2x} \cdot \text{sen}(x)

도함수를 풀려면 세 함수의 곱의 도함수 규칙을 적용해야 합니다. 따라서:

f'(x)=3\cdot e^{2x} \cdot \text{sen}(x)+3x\cdot 2e^{2x} \cdot \text{sen}(x)+3x\cdot e^{2x} \cdot \text{cos}(x)

제품 파생물에 대한 공식 시연

마지막으로 곱셈의 미분 공식을 보여드리겠습니다. 외울 필요는 없지만 공식이 어디에서 왔는지 이해하는 것이 항상 좋습니다. 🙂

미분의 수학적 정의에서:

\displaystyle f'(x)=\lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}

함수 z를 두 가지 다른 함수의 곱으로 둡니다.

z(x)=f(x)\cdot g(x)

그러면 정의에 따라 z 의 미분은 다음과 같습니다.

\displaystyle z'(x)=\lim_{h \to 0}\frac{\bigl[f(x+h)\cdot g(x+h)\bigr]-\bigl[f(x)\cdot g(x)\bigr]}{h}

\displaystyle z'(x)=\lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)\cdot g(x+h)-f(x)\cdot g(x)}{h}

우리가 알고 있듯이 항을 덧셈과 뺄셈으로 더하면 둘 다 같은 항이면 결과에 영향을 주지 않습니다. 따라서 다음 단계로 넘어갈 수 있습니다.

\displaystyle z'(x)=\lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)\cdot g(x+h)\color{orange}\bm{-f(x+h)\cdot g(x)+f(x+h)\cdot g(x)}\color{black}-f(x)\cdot g(x)}{h}

이제 경계 속성을 사용하여 이전 경계를 두 개의 서로 다른 경계로 분리합니다.

\displaystyle z'(x)=\lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)\cdot g(x+h)-f(x+h)\cdot g(x)}{h}+\lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)\cdot g(x)-f(x)\cdot g(x)}{h}

두 분수의 분자에서 공통 인수를 추출합니다.

\displaystyle z'(x)=\lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)\bigl(g(x+h)-g(x)\bigr)}{h}+\lim_{h \to 0}\frac{g(x)\bigl(f(x+h)-f(x)\bigr)}{h}

반면에 우리는 다음 극한의 결과를 알고 있습니다.

\displaystyle \lim_{h \to 0}f(x+h)=f(x)

따라서 제한을 단순화할 수 있습니다.

\displaystyle z'(x)=\lim_{h \to 0}f(x+h)\lim_{h \to 0}\frac{g(x+h)-g(x)}{h}+\lim_{h \to 0}g(x)\lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}

\displaystyle z'(x)=f(x)\lim_{h \to 0}\frac{g(x+h)-g(x)}{h}+g(x)\lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}

마지막으로 나머지 두 극한을 살펴보면 각각은 함수의 도함수의 정의에 해당합니다. 따라서 평등은 다음과 같이 단순화될 수 있습니다.

\displaystyle z'(x)=f(x)\cdot g'(x)+g(x)\cdot f'(x)

또는 이에 상응하는 것:

\definecolor{taronjaquadreejemplo}{HTML}{FF9800}  \newtcbox{\mymath}[1][]{%     nobeforeafter, math upper, tcbox raise base,     enhanced, colframe=taronjaquadreejemplo,      boxrule=1.1pt, boxsep=2mm,     #1} \begin{empheq}[box={\mymath[colback=white, shadow={2mm}{-2mm}{0mm}{taronjaquadreejemplo!20!white,} ]}]{equation*}      z'(x)=f'(x)\cdot g(x)+f(x)\cdot g'(x) \end{empheq}

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