师:同学们大家好,今天我们来学习导数的乘法与除法则。首先,回顾一下上节课所学内容,导数的加法和减法法则:两个函数的和或差的导数,等于这两个函数导数的和或者差。想必很多同学都迫不及待想知道,两个函数的积或者商的求导法则是什么样的。大家再观察一下和与差的求导法则,能不能对积或者商的求导法则做出大胆猜想呢?我想,应该有不少同学会这样猜:两个函数的积,它的导数等于这两个函数导数的积;两个函数的商的导数,等于它们导数的商。那么,这种猜想正确吗?带着这个疑问,我们一起来探究。
这里给出函数(y = f(x) \times g(x)),令(g(x) = x^2)。现在对这个函数求导,大家想想求导要经过哪些步骤?第一步做什么?第二步做什么?第一步是不是给自变量(x_0)一个改变量(\Delta x),然后求出函数值的变化量(\Delta y),进而写出平均变化率(\frac{\Delta y}{\Delta x})。
请大家观察这个式子,如果不对分子进行变形,接下来很难得出想要的结果。刚才猜想过程中,很多同学都不由自主地想把它与(f(x))和(g(x))的导数建立联系,这也为我们在此处的变形指明了方向。按照这个思路,我们进行如下变形:分子减(f(x_0) \times (x_0 + \Delta x)^2),后面再加上它,然后进一步变形处理。接下来,对这个式子取极限就能得到想要的结果。我们把这个式子分成三部分,分别取它们的极限,这是第一部分,这是第二部分,这是第三部分。大家看,分别求出这三部分的极限,这个极限不正是我们想要的吗?(f^\prime(x_0)),把这三块极限代入刚才的式子,不难得出此函数在(x_0)处的导数值为(x_0^2 \times f^\prime(x_0) + 2x_0 \times f(x_0))。所以(x^2 \times f(x))这个函数的导函数为(x^2 \times f^\prime(x) + (x^2)^\prime \times f(x))。
大家都知道,这里的(x^2)就是刚才讲的(g(x))。观察它的导函数,由此能不能总结概括一下两个函数积的求导法则呢?(f(x) \times g(x))积的导数等于(f^\prime(x) \times g(x) + f(x) \times g^\prime(x))。特别地,当(g(x))是某个常数(k)时,(k \times f(x))的导数等于(k \times f^\prime(x))。
现在我们已经推导出两函数积的求导法则,那两函数商的求导法则又该如何推导呢?按照刚才相似的原理,最终也不难得出(\frac{f(x)}{g(x)})商的导数是(\frac{f^\prime(x) \times g(x) - f(x) \times g^\prime(x)}{g(x)^2})。以上就是推导过程以及两函数积与商的求导法则。接下来给大家一点时间,回顾一下刚才的推导过程。
师:好,大家看例3,对下列函数求导。例3有三个小题,仔细观察它们的结构形式,会发现都是形如(f(x) \times g(x))的函数,该如何求导呢?
师:先看第一小题,函数(y = x^2 \times e^x),它是函数(f(x) = x^2)与(g(x) = e^x)之积。接下来对这两个函数分别求导,看看导函数是多少?(f(x))导函数是(2x),它是幂函数形式;(g(x))导数是(e^x),是指数函数。因为是乘积形式,要用到乘法求导法则,最终整理化简可得它的导函数是((2x + x^2)e^x)。大家做对了吗?相信很多同学都能做对。
师:接着看第2小题。(y = \sqrt{x} \times \sin x),先分析结构形式,(f(x))是(\sqrt{x}),(g(x))是(\sin x),(f(x))是幂函数,(g(x))是三角函数。一定要牢记基本初等函数求导公式,分别求出它们的导函数。(f(x))导数是(\frac{1}{2\sqrt{x}}),(g(x))导数(\cos x)。利用两函数乘积求导法则代入化简,可得最终导函数是(\frac{\sin x}{2\sqrt{x}} + \sqrt{x} \cos x),还是两函数之积形式,这是积的求导法则的应用。
师:第3小题。(y = x \times \ln x),此时(f(x))是(x),(g(x))是(\ln x),(f(x))是幂函数,(g(x))是对数函数,分别求导。(f(x))导数是(1),(g(x))导数是(\frac{1}{x})。利用乘法求导法则,(x \times \ln x)的导数等于(1 \times \ln x + x \times \frac{1}{x} = \ln x + 1),这就是它的导函数。大家一定要记住基本初等函数求导公式,还有刚讲的两函数积的求导法则。
师:再看例4,有两个小题,此时是(\frac{f(x)}{g(x)})的形式,情况变了,该如何求导呢?首先是不是要明确函数结构形式?
师:看第一小题,此时(f(x))是(\sin x),(g(x))是(x),是它们商的形式。对它们求导函数,(f(x))导函数是(\cos x),(g(x))导函数是(1)。利用商的求导法则,整理化简可得(\frac{x \cos x - \sin x}{x^2})。同学们做对了吗?
师:第二小题,函数(y = \frac{x^2}{\ln x}),是函数(f(x) = x^2)和函数(g(x) = \ln x)之商。根据导数公式表分别求得(f(x))导数是(2x),(g(x))导数是(\frac{1}{x})。由求导的四则运算法则可知,(\frac{x^2}{\ln x})的导数最终化简整理得(\frac{x(2\ln x - 1)}{(\ln x)^2})。刚才有同学处理方式和我们一样,先明确结构形式是(\frac{f(x)}{g(x)}),(f(x))是(x^2),(g(x))是(\ln x),各自求导,然后利用除法求导法则,最后化简整理得到结果。
