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。
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01 · 出发点
先识别外函数与线性内层
函数 (2x-1)^4 不是单纯的 x 的四次幂,而是先由 x 得到 2x-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 x 的变化率。
02 · 概念
f(ax+b) 的求导规则
若 y=f(u),u=g(x),则 y 对 x 的导数为 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),其导数为 af'(ax+b)。系数 a 来自内层 ax+b 的导数;平移常数 b 的导数为 0,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
- 01
从外向内辨认层次,令 u=g(x),把原式暂时写成 y=f(u)。
- 02
求 dy/du 与 du/dx,再相乘得到 dy/dx,并把 u 换回 g(x)。
- 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
求 y=(2x-1)^4 的导数,并求 x=1 处的导数。
解
- 1
令 u=2x-1,则 y=u^4,外层导数 dy/du=4u^3。
- 2
内层导数 du/dx=2,所以 y'=4u^3·2=8(2x-1)^3。
- 3
代入 x=1,2x-1=1,得到 y'(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。