三道计算函数的导数练习题及详细过程
1.y=ln(12x^2+2x+2)的导数计算
主要内容:
通过对数函数导数公式、导数定义以及函数乘积和函数商的求导法则,介绍y=ln(12x^2+2x+2)的一阶、二阶和三阶导数的主要计算步骤。
一阶导数:
※.对数导数计算
∵y=ln(12x^2+2x+2),
∴dy/dx=(12x^2+2x+2)'/(12x^2+2x+2)
=(24x+2)/(12x^2+2x+2)。
※.导数定义法计算
∵y=ln(12x^2+2x+2),
∴dy/dx
=lim(t→0){ln[12(x+t)^2+2(x+t)+2]-ln(12x^2+2x+2)}/t,
=lim(t→0)ln{[12(x+t)^2+2(x+t)+2]/(12x^2+2x+2)}/t,
=lim(t→0)ln[(12x^2+2x+2+24xt+12t^2+2t)/(12x^2+2x+2)]/t,
=lim(t→0)ln{1+[(24xt+12t^2+2t)/(12x^2+2x+2)]^(1/t),
=lim(t→0){ln[1+[(24xt+12t^2+2t)/(12x^2+2x+2)]^[(12x^2+2x+2)/(24xt+12t^2+2t)]}^[(24xt+12t^2+2t)/(12x^2+2x+2)t],
=lne^lim(t→0)[(24xt+12t^2+2t)/(12x^2+2x+2)t],
=lim(t→0)[(24x+12t+2)/(12x^2+2x+2)]
=(24x+2)/(12x^2+2x+2)。
二阶导数计算
※.函数商的求导
∵dy/dx=(24x+2)/(12x^2+2x+2),
∴d^2y/dx^2=[24(12x^2+2x+2)-(24x+2)(24x+2)]/(12x^2+2x+2)^2,
=(288x^2+48x+48-576x^2-96x-4)/(12x^2+2x+2)^2,
=(-288x^2-48x+48-4)/(12x^2+2x+2)^2,
=-(288x^2+48x-44)/(12x^2+2x+2)^2。
※.函数乘积的求导
∵y'=(24x+2)/(12x^2+2x+2)
∴(12x^2+2x+2)y'=24x+2,两边同时对x求导,有:
(24x+2)y'+(12x^2+2x+2)y''=24,
将y'代入上式得:
(24x+2)^2/(12x^2+2x+2)+(12x^2+2x+2)y''=24,
(12x^2+2x+2)y''=24-(24x+2)^2/(12x^2+2x+2),
y''=[24(12x^2+2x+2)-(24x+2)^2]/(12x^2+2x+2)^2,
=-(288x^2+48x-44)/(12x^2+2x+2)^2。
三阶导数计算:
∵d^2y/dx^2=-(288x^2+48x-44)/(12x^2+2x+2)^2,
∴d^3y/dx^3=-[(576x+48)(12x^2+2x+2)^2-2(288x^2+48x-44)(12x^2+2x+2)(24x+2)]/(12x^2+2x+2),
=2[(288x^2+48x-44)(24x+2)-(288x+24)(12x^2+2x+2)]/(12x^2+2x+2)^3,
=16(432x^3+108x^2-198x-17)/(12x^2+2x+2)^3.
2.函数z=f(x,y)由方程sin(x+y-z)=x+y+7z所确定,求z对x和y的偏导数。
主要内容:
通过全微分法、直接求偏导法和构造函数求偏导数法,来求函数z对x和y的偏导数。
一、全微分法:
∵sin(x+y-z)=x+y+7z,
∴cos(x+y-z)*(dx+dy-dz)=x+y+7z,
化简得:
[cos(x+y-z)-1]dx+[cos(x+y-z)-1]dy
=[7+cos(x+y-z)]dz,即:
z/x=[cos(x+y-z)-1]/[7+cos(x+y-z)];
z/y=[cos(x+y-z)-1]/[7+cos(x+y-z)]。
二、直接求偏导数法
sin(x+y-z)=x+y+7z
两边同时对x求偏导数,则:
cos(x+y-z)*(dx-dz)=dx+7dz,即:
cos(x+y-z)dx-dx=7dz+cos(x+y-z)dz
[7+cos(x+y-z)]dz=[cos(x+y-z)-1]dx,
所以:z/x=[cos(x+y-z)-1]/[7+cos(x+y-z)];
同理,方程两边同时对y求偏导数,则:
cos(x+y-z)*(dy-dz)=dy+7dz,
cos(x+y-z)dy-1dy=7dz+cos(x+y-z)dz,
[7+cos(x+y-z)]dz=[cos(x+y-z)-1]dy,
所以:z/y=[cos(x+y-z)-1]/[7+cos(x+y-z)]。
三、构造函数求偏导数
设F(x,y,z)=sin(x+y-z)-(x+y+7z),则:
F'x=cos(x+y-z)-1,
F'y=cos(x+y-z)-1,
F'z=-cos(x+y-z)-7,
z/x=-F'x/ F'z
=[cos(x+y-z)-1]/[7+cos(x+y-z)];
z/y=-F'y/ F'z
=[cos(x+y-z)-1]/[7+cos(x+y-z)]。
3.求z=f(23x+10y,6x-15y),求z对x,y的所有三阶偏导数
主要内容:
本文通过全微分法、直接求导法、链式求导法等,介绍计算抽象函数z=f(23x+10y,6x-15y)的所有一阶、二阶和三阶偏导数的主要步骤。
一阶偏导数:
△.全微分求法:
对z=f(23x+10y,6x-15y)求全微分有:
dz=f1'(23x+10y)+f2'(6x-15y)
=23f1'dx+10f1'dy+6f2'dx-15f2'dy
=(23f1'+6f2')dx+(10f1'-15f2')dy,则:
z对x的一阶偏导数z/x=23f1'+6f2',
z对y的一阶偏导数z/y=10f1'-15f2'。
△.直接求导法:
z/x=f1'*(23x+10y)'x-f2'(6x-15y)'x=23f1'+6f2';
z/y=f1'*(23x+10y)'y-f2'(6x-15y)'y=10f1'-15f2'。
二阶偏导数:
^2z/x^2=23(23f11''+6f12'')+6(23f21''+6f22'')=529f11''+276f12''+36f22'';
^2z/y^2=10(10f11''-15f12'')-15(10f21''-15f22'')=100f11'-300f12''+225f22'';
^2z/xy=^2z/yx=23(10f11''-15f12'')+6(10f21''-15f22'')=230f11''-285f12''-90f22''.
三阶偏导数:
^3/x^3
=529(23f111'''+6f112''')+276(23f121'''+6f122''')+36(23f221'''+6f222''')
=12167f111'''+3174f112'''+6348f121'''+1656f122'''+828f221'''+216f222''',
=12167f111'''+9522f112'''+2484f122'''+216f222''';
^3z/y^3
=100(10f111'''-15f112''')-300(10f121'''-15f122''')+225(10f221'''-15f222''')
=1000f111'''-1500f112'''-3000f121'''+3000f122'''+2250f221'''-3375f222''',
=1000f111'''-4500f112'''+6750f122'''-3375f222''';
^3z/x^2y
=529(10f111'''-15f112''')+276(10f121'''-15f122''')+36(10f221'''-15f222''')
=5290f111'''-7935f112'''+2760f121'''-4140f122'''+360f221'''-540f222''',
=5290f111'''-5175f112'''-3780f122'''-540f222''';
^3z/y^2x
=100(23f111'''+6f112''')-300(23f121'''+6f122''')+225(23f221'''+6f222''')
=2300f111'''+600f112'''-6900f121'''-1800f122'''+5175f221'''+1350f222'''
=2300f111'''-6300f112'''+3375f122'''+1350f222'''.