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高阶导数隐函数和参数方程的求导方法

【摘要】:一、高阶导数在变速直线运动中,位置函数s=s对时间t的导数是速度函数v=v,而v=v对t的导数就是加速度,即加速度是位置函数的导数的导数.这种导数的导数称为s=s对时间t的二阶导数.一般地,如果函数y=f的导数仍是x的可导函数,那么y′=f′的导数,就叫作原来的函数y=f的二阶导数,记作即类似地,二阶导数的导数叫三阶导数,三阶导数的导数叫四阶导数,…

一、高阶导数

在变速直线运动中,位置函数s=s(t)对时间t的导数是速度函数v=v(t),而v=v(t)对t的导数就是加速度,即加速度是位置函数的导数的导数.这种导数的导数称为s=s(t)对时间t的二阶导数.

一般地,如果函数y=f(x)的导数仍是x的可导函数,那么y′=f′(x)的导数,就叫作原来的函数y=f(x)的二阶导数,记作

类似地,二阶导数的导数叫三阶导数,三阶导数的导数叫四阶导数,…,一般地,n-1阶导数的导数叫作n阶导数,分别记作y‴,y(4),…,

二阶以及二阶以上的导数统称为高阶导数.

由上述可知,求函数的高阶导数,只要逐阶求导,直到所要求的阶数即可,所以仍用前面的求导方法来计算高阶导数.下面介绍几个初等函数的n阶导数.

类似地,可以求得

二、隐函数的求导法则

前面所遇到的函数都是y=f(x)的形式,这样的函数叫作显函数,如y=sin 3x、y=ln xtan x等.有些函数的表达方式却不是这样,例如方程cos(xy)+ey=y2也表示一个函数,因为变量x在某个定义域内取值时,变量y有唯一确定的值与之对应,这样由方程f(x,y)=0的形式所确定的函数叫作隐函数.下面说明隐函数的求导方法.

例19 求由方程x3+y3-3=0所确定的隐函数y=f(x)的导数.

解 方程两边同时对x求导,注意y是x的函数,得

从中解出隐函数的导数为

注:(1)方程两端同时对x求导,有时要把y当作x的复合函数的中间变量来看待,用复合函数的求导法则.(2)从求导后的方程中解出y′来.

例20 求函数y=xsinx(x>0)的导数.

解 方程两端同时取对数,得

上式两边同时对x求导,得

于是,得

注:(1)形式为y=f(x)φ(x)(f(x)>0)的函数,既不是幂函数也不是指数函数,底数与指数均含有自变量x,故称为幂指函数.(www.chuimin.cn)

(2)幂指函数尽管是显函数,但不易直接求导,本例的解法是,先在y=f(x)的两边取对数,然后用隐函数的求导法则求出y′.我们把这种方法称为对数求导法.

三、由参数方程所确定的函数的导数

设由参数方程,确定y与x之间的函数关系,若函数x=φ(t),y=f(t)都可导,且φ′(t)≠0,x=φ(t)具有单调连续的反函数t=φ-1(x),则函数y=f(x)可看作y=f(t),t=φ-1(x)的复合函数.

由复合函数和反函数的求导法则得

这就是由参数方程所确定的函数的导数公式.

习题2-6-3

1.求下列函数的二阶导数:

(1)y=2x2+ln x;(2)y=e2x-1.

2.求下列函数的n阶导数:

(1)y=ln(x+1);(2)y=x ex.

3.已知物体的运动方程为

其中,时间t的单位是s;路程s的单位是m.求物体在3 s时刻的速度和加速度.

4.求由下列方程所确定的隐函数y的导数:

(1)2xy+ex-ey=0;

(2)y sin x+cos(x-y)=0;

(3)y=3+x ey.

5.求下列参数方程所确定的函数y的导数: