15.5

简单复合函数的导数

识别形如 f(ax+b) 的简单复合结构,并在课标范围内求导。

约 12 分钟导数及其应用
本文章目录

01 · 出发点

先识别外函数与线性内层

函数 (2x−1)4(2x-1)^4 不是单纯的 xx 的四次幂,而是先由 xx 得到 2x−12x-1,再取四次幂。这样的“函数套函数”构成复合函数。

复合函数求导要沿运算顺序逐层传递变化率:外层函数对中间变量的变化率,乘以内层函数对 xx 的变化率。

02 · 概念

线性内层的求导规则

若 y=f(u)y=f(u),u=g(x)u=g(x),则 yy 对 xx 的导数为 f′(g(x))g′(x)f'(g(x))g'(x),即先求外层导数并保留内层,再乘内层导数。

对简单结构 f(ax+b)f(ax+b),其导数为 af′(ax+b)af'(ax+b)。系数 aa 来自内层 ax+bax+b 的导数;平移常数 bb 的导数为 00,但仍保留在外层函数的自变量中。

03 · 方法

分层求导并保留内层系数

  1. 01

    从外向内辨认层次,令 u=g(x)u=g(x),把原式暂时写成 y=f(u)y=f(u)。

  2. 02

    求 dydu\dfrac{dy}{du} 与 dudx\dfrac{du}{dx},再相乘得到 dydx\dfrac{dy}{dx},并把 uu 换回 g(x)g(x)。

  3. 03

    化简后用一个具体点或先展开再求导的方式交叉核验。

04 · 例题

把方法落到具体问题

例 1线性内层的幂函数求导

求 y=(2x−1)4y=(2x-1)^4 的导数,并求 x=1x=1 处的导数。

解

  1. 1

    令 u=2x−1u=2x-1,则 y=u4y=u^4,外层导数 dydu=4u3\dfrac{dy}{du}=4u^3。

  2. 2

    内层导数 dudx=2\dfrac{du}{dx}=2,所以 y′=4u3⋅2=8(2x−1)3y'=4u^3\cdot2=8(2x-1)^3。

  3. 3

    代入 x=1x=1,2x−1=12x-1=1,得到 y′(1)=8y'(1)=8;展开原式后求导也得到相同结果。

05 · 辨析

容易忽略的条件与边界

回看

本节小结

  • 复合函数由内层输出作为外层输入。
  • 链式法则的结构是外层导数乘内层导数。
  • 引入中间变量能清楚展示求导层次并减少漏因子。