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机电类应用高数:复合函数求导法则

时间:2023-11-07 理论教育 版权反馈
【摘要】:于是,他又照着刚才的样子重复了好几次,而每次的实验结果都和第一次一样,于是他非常高兴地得到一个结论:把带电的物体放在玻璃瓶子里,电就不会跑掉,这样就可把电储存起来.能把看不见、摸不着的电储存起来的消息在莱顿城传出,立刻引起许多科学家的兴趣.为了使瓶子储电的能力更强,大家想了许多办法,有的在瓶内灌水,有的甚至用软木塞把瓶口塞紧.但起储电作用的到底是什么呢?

机电类应用高数:复合函数求导法则

链式法则:如果函数u=φ(x)在点x处可导,而函数y=f(u)在相应点u处可导,则复合函数y=f[φ(x)]在点x处可导,且有

【例3-13】 设y=sin2x,求y′.

解 这个函数由y=sinu,u=2x复合而成,所以

【例3-14】 设y=(4x+7)5,求y′.

解 这个函数由y=u5,u=4x+7复合而成,所以

y′=y′u·u′x=5u4·4=20u4=20(4x+7)4.

【例3-15】 设y=3sin4(3x-6),求y′.

解 这个函数由y=3u4,u=sinv,v=3x-6复合而成,所以

y′=y′u·u′v·v′x=12u3·cosv·3=36u3·cosv=36sin3(3x-6)cos(3x-6).

四则运算和复合运算混合在一起求导时,引进中间变量后,用链式法则求导的过程比较烦琐且容易出错,下面介绍一种“剥洋葱”形式的求导方法,既方便又快捷.计算过程仍然是区分内层函数和外层函数,遇到嵌套多层的函数,只需要辨别出最外层的函数.

复合函数求导技巧:“剥洋葱”.

(1)首先,心算出最外层函数的导数,保留内层函数的导数.

(2)其次,计算内层导函数,若内层函数仍然是复合函数,则重复上一步骤.

(3)最后,整理化简.

【例3-16】 设y=ln(cos5x),求y′.

【例3-17】 设

【例3-18】 设y=xsin2x-cosx2,求y′.

解 y′=(x)′·sin2x+x·(sin2x)′-(cosx2)′

=sin2x+x·2sinx·(sinx)′+sinx2·(x2)′

=sin2x+x·sin2x+2x·sinx2.

注:对于复合函数求导,引进中间变量u,将复合函数拆成内层函数和外层函数,再应用链式法则求导的方法是理论基础.实际计算中应用“剥洋葱”的方法较快,需要熟练掌握.

✧任务解决(www.xing528.com)

解 充电速度反映电压随时间变化的快慢程度,也就是变化率,因此,求任意时刻的电容充电速度,就是求电压对时间导数,即

✧能力训练

汽车销售变化率计算] 资料显示,某地汽车在2000—2008年间的销售量(单位:万辆)由下面的函数给出:

其中t=0对应2000年,问该地汽车在2005年的销售量的变化率是多少?

✧评估与测试

1.求下列函数的导数:

3.若y=ln(1+x2)+cos2x,求y′(0).

4.[电压的变化率]一个固定电阻为3Ω、可变电阻为R的电路中电压由下式给出:

求在R=7Ω时电压关于可变电阻R的变化率.

5.[游戏销售]当推出一种新的电子游戏程序时,短期内其销售量会迅速增加,然后开始下降.销售量s与时间t的函数关系为t的单位为月.求:

(1)s′(t);      (2)s′(5)和s(5),并解释其意义.

✧拓展阅读

趣味物理:从莱顿瓶到电容

我们身边的电子设备,如手机电脑电视等,其中都有电容的身影.那你知道电容最早是怎么被发现的吗?

电容又叫作储电器,它是用来储存电荷容器,是无线电电子技术中常用的重要元件,莱顿瓶是最早的电容的一种.它的构造是:在一个玻璃瓶子的内壁和外壁上都贴一层锡箔,成为电容的两个极板,内层用金属链条与伸到瓶口外的金属杆相连,金属杆顶端再装上一个金属球.当带电体跟金属球接触时,带电体上的电荷就会沿着金属杆和金属链条传到瓶的内壁,而外部的电荷就能在里面保存一个相当长的时间.等需要时,只要与金属接触一下,就可以把储存的电荷放出来.

莱顿瓶是怎样被发明的呢?这里还有一段有趣的故事.

1746年,荷兰莱顿大学的教授慕欣勃罗克在做电学实验时,无意中把一个带电的钉子掉进玻璃瓶里,他以为要不了多久,铁钉上所带的电就会跑掉.过了一会,他想把钉子取出来,可当他一只手拿起桌上的瓶子,另一只手刚碰到钉子时,突然感到一种电击式的振动.这到底是铁钉上的电没有跑掉呢,还是自己的神经太过敏呢?于是,他又照着刚才的样子重复了好几次,而每次的实验结果都和第一次一样,于是他非常高兴地得到一个结论:把带电的物体放在玻璃瓶子里,电就不会跑掉,这样就可把电储存起来.

能把看不见、摸不着的电储存起来的消息在莱顿城传出,立刻引起许多科学家的兴趣.为了使瓶子储电的能力更强,大家想了许多办法,有的在瓶内灌水,有的甚至用软木塞把瓶口塞紧.但起储电作用的到底是什么呢?当时谁也搞不清.后来这个消息传到了富兰克林那里,于是他也动手做起了实验.经过进一步的研究,有了许多新发现,1749年,他肯定了“起储电作用的是瓶子本身”“全部电荷是由玻璃本身储存的”.

富兰克林正确地指出了莱顿瓶的原理,后来人们发现,只要两个金属板中间隔一层绝缘体就可以做成电容,而并不一定要做成像莱顿瓶那样的装置.

现在我们知道,当时的莱顿瓶实际上就是一种最早问世的旧式电容.有了莱顿瓶这个收电“神器”,人们现在的生活才能多姿多彩.

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