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單元 26: 指數函數的微分

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Academic year: 2022

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(1)

單元 26: 指數函數的微分

( {… § 5.4)

欲}析ÖNbƒbDúbƒbíbç模型, Ûê|l

NbƒbDúbƒbíûƒbíd†. íl,

Nbƒbí}d†

. AÍNbíûƒbÑ d

dx (ex) = ex

<„> I f (x) = ex. 根Wûƒbíì2, Nb J£

”Ìí4”,

f0(x) = lim

h→0

f (x + h) − f (x) h

= lim

h→0

ex+h − ex

h = lim

h→0

ex(eh − 1) h

= ex lim

h→0

eh − 1

h (1)

QO, 根W{… 361 頁í[ 4 (Ïí„p超|…z

¸圍, ôI), )

lim

h→0

eh − 1

h = 1

(2)

Ĥ, â (1) , ) d

dx (ex) = f0(x) = ex(1) = ex

Ç, 根W©鎖d†, ª)ªƒbDNbƒb¯Aí}

d†, ¹

Nbƒbí©鎖d†

. J f Ñøªƒb, † d

dx

ef (x) = ef (x)f0(x)

<„> qƒb

g(x) = ex

†¯Aƒb

h(x) def= g[f (x)] = ef (x) ]â©鎖d†J£Nbƒbí}d†, ¹

g0(x) = ex )

d dx

ef (x) = h0(x) = g0[f (x)]f0(x)

= ef (x)f0(x)

(3)

.

ªƒbDNbƒb¯Aí}d†Ñ, ƒb…™

JNb¶}íûƒb, ¹ d

dx

ef (x) = (ƒb…™)(Nb¶}íûƒb)

= ef (x)f0(x)

6ÿuz, DÀÓíNbƒbí}d†ó°, øáÑ ƒb…™, O根W©鎖d†, .â JNb¶}íûƒb.

W 1.

t°-®áƒbíûƒb.

(a) f (x) = x2ex

(b) g(t) = (et + 2)3/2

(c) h(x) = e2x2+x

(d) y = xe−2

x

(e) k(t) = et et + e−t

(4)

<j> (a) 根W ¶d†DNbƒbí}d†, ) f0(x) = (x2)0ex + x2(ex)0 = 2xex + x2ex

= xex(x + 2)

(b) 根W©鎖d†J£Nbƒbí}d†1“, ) g0(x) = 3

2(et + 2)1/2(et + 2)0

= 3 2et

q

et + 2

(c) 根WNbƒbí©鎖d†,

h0(x) = e2x2+x(2x2 + x)0 = (4x + 1)e2x2+x (d) 根W ¶d†DNbƒbí©鎖d†1“, )

dy

dx = e−2

x + xe−2

x −2 · 1 2√

x

!

= e−2

x(1 − √ x)

(e) 根Wζd†DNbƒbí©鎖d†1“, ) k0(t) = et(et + e−t) − et(et + e−t(−1))

(et + e−t)2

= e2t + 1 − e2t + 1

(et + e−t)2 = 2

(et + e−t)2

(5)

W 2.

q某ÓOvÈ t Æ‰í¾ Q(t) ×ÛNbAÅ (exponential growth), ¹

Q(t) = Q0ekt

t„¤¾ÊL< t víAÅ0 (growth rate) Q0(t) Dçví¾ Q(t) A£ª.

<„> 根WNbƒbí©鎖d†1“, )

Q0(t) = Q0ekt(kt)0 = kQ0ekt = kQ(t)

¹ Q0(t) D Q(t) A£ª, àF°.

W 3.

t°ƒb

f (x) = e−x2 í¥曲õ.

<j> íl, 根WNbƒbí©鎖d†, ) f0(x) = −2xe−x2

y根W ¶d†DNbƒbí©鎖d†1“, ) f00(x) = −2e−x2 + (−2x)e−x2(−2x)

= 2e−x2(2x2 − 1)

(6)

0©/. ÄÑ e−x2, ]I f00(x) = 0, ) 2x2 − 1 = 0

¹ù¥曲`²bÑ

x = − 1

√2 D x = 1 2

QO, l f00 Ê}’|íú_ä–È,í¯U, )



−∞, −1

2



: f00 = (+)(+) = (+), f ,凹



1

2, 1

2



: f00 = (+)(−) = (−), f -凹

1

2, ∞



: f00 = (+)(+) = (+), f ,凹

àÇý. ÄѬ x = −1

2 D x = 1

2 v, 凹4ÌZ‰

/

f − 1

√2

!

= f 1

√2

!

= e−1/2

])ù_¥曲õ

− 1

√2, e−1/2

!

D 1

2, e−1/2

!

(7)

W 4.

âÀj 25, W 6 ø, 某t−.ß t ( gí ÛMÑ

P (t) = 300, 000e−0.09t+

t/2, 0 ≤ t ≤ 10 t°¤.ß gí|7ÛM.

<j> íl, 根WNbƒbí©鎖d†1“, ) P0(t) = 300, 000e−0.09t+

t/2 1 4√

t − 0.09

!

0©//Ä e−0.09t+

t/2, ]I P0(t) = 0, ) 1

4√

t − 0.09 = 0

¹ñøí@äbÑ

t = 1

4(0.09)

!2

=

 1 0.36

2

= 1

12.96 ≈ 7.72

QO, l P0 Ê}’|íù_ä–È,í¯U, )



0, 12.961 : P0 = (+)(+) = (+), P 遞Ó

 1

12.96, 10: P0 = (+)(−) = (−), P 遞Á

(8)

àÇý. ¢ P 0©/, ]根Wø階ûƒbì¶, ¤.

ß gÊ 7.72 (|7ÛM

P

 1 0.1296



= 300, 000e

−0.09 0.1296+

q 1 0.1296

 2

≈ 600, 779

根W²t, )

ø般Nbƒbí}d†

. ø般NbƒbíûƒbÑ d

dx (bx) = (ln b)bx, b > 0, b 6= 1

<„> 根WNú逆4£úb , )²t

bx = eln bx = e(ln b)x

QO, 根WNbƒbí©鎖d†, ) d

dx (bx) = e(ln b)x[(ln b)x]0

= (ln b)e(ln b)x = (ln b)bx

6ÿuz, ø般NbƒbíûƒbYÍNbƒb…™, OÛÖ JbíAÍúb ln b.

(9)

°Ü, 根W©鎖d†, )

ø般Nbƒbí©鎖d†

. q f Ñøªƒb, † d

dx

bf (x) = (ln b)bf (x)f0(x)

<„> qƒb

g(x) = bx

†¯Aƒb

h(x) def= g[f (x)] = bf (x) ]根W©鎖d†£ø般Nbƒbí}d†, ¹

g0(x) = (ln b)bx )

d dx

bf (x) = h0(x) = g0[f (x)]f0(x)

= (ln b)bf (x)f0(x)

W 5.

t°-®áƒbíûƒb.

(a) f (x) = 3x x2 + 1

(10)

(b) g(x) = 2 1 + 5−x

(c) h(x) = x22−1/x

<j> (a) 根W ¶d†Dø般Nbƒbí}d†, ) f0(x) = (ln 3)3x(x2 + 1) − 3x(2x)

(x2 + 1)2

= 3x[(x2 + 1) ln 3 − 2x]

(x2 + 1)2

(b) Z寫1根W©鎖d†£ø般Nbƒbí©鎖d†, ) g0(x) = d

dx

h2(1 + 5−x)−1i

= −2

(1 + 5−x)2(1 + 5−x)0

= −2(ln 5)5−x(−1)

(1 + 5−x)2 = (2 ln 5)5−x (1 + 5−x)2 (c) 根W ¶d†£ø般Nbƒbí©鎖d†, )

h0(x) = (2x)2−1/x + x2(ln 2)2−1/x

 2 x2



= (2x)2−1/x + (2 ln 2)2−1/x

= 2(x + ln 2)2−1/x

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