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3 更多的微分公式
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3.6 對數函數的導數
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對數函數的導數
我們想用隱函數微分法計算更多函數的導數,其中一個例子 便是利用對數函數 y = logax ,尤其是自然對數, y = ln x 。 當然我們可能要先問:對數函數是否可微分?直觀上,對數 函數是指數的反函數,其圖形看起來也滿足每一點都可以做 切線逼近。於是在實際證明之前,我們先把對數函數當作可 微分的,其微分如後所述。
圖十二
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對數函數的導數
利用連鎖率,我們可以推廣這個公式:
或
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範例二
試求 ln(sin x).
解:
利用連鎖率,我們有
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對數微分法
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對數微分法
如果目標函數是由複雜的項相乘除所組成,此時使用微分乘 積公式會多出很多項。這個時候我們便可以考慮利用對數將 乘積拆開變成加總。
接下來的這個範例我們稱為對數微分法 (logarithmic differentiation) ,是一個可以簡化計算的技巧。
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範例十五
微分 解:
我們對等式兩邊同取對數,將乘積化成加總如下
ln y = ln x + ln(x2 + 1) – 5 ln(3x + 2) 接著對 x 微分,
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範例十五 / 解
移項解得 dy/dx ,
最後帶入 y(x) ,寫成 x 的表示式:
cont’d
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對數微分法
取對數簡化微分的步驟:
對具有複雜乘積的函數表示式,兩邊同取對數,簡化成各項相加。
對等式做隱函數微分 移項解得 y‘
再一個實際的例子是,對數微分法可以幫助我們處理任 意實數指數函數的微分:
冪函數微分 給定 n 為任意實數,且 f(x) = xn ,則
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以極限計算自然底數 e
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以極限計算 e
考慮對數 f(x) = ln x ,其微分 f
(x) = 1/x ,因此 f (1) = 1 。
我們想利用這個數值來計算自然底數 e 。根據導數的定義:
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以極限計算 e
由於 f
(1) = 1 ,最後我們可知極限值為
利用指數函數是連續的,可知
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以極限計算 e
y = (1 + x)1/x 的圖如下,另外我們可利用電腦計算在 x 夠靠 近 0 時, y(x) 的數值:
e 2.7182818
圖四
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以極限計算 e
由於函數的極限存在,因此特別的我們可以挑選 x 逼近 0 的 方式是取數列 xn = 1/n 。
此時我們可以將這個極限寫成離散型的極限如下。