错题总结:明确求导过程中的自变量很关键

一、例题:对下面的函数求导

$f(x)$ $=$ $\sqrt{1+x}$ $+$ $\sqrt{1-x}$ $-$ $2$

二、错误的求导过程

${f}'(x)$ $=$ ${(\sqrt{1 + x})}’$ $+$ ${(\sqrt{1 – x})}’$ $+$ ${2}’$ $=$ ${((1 + x)^{\frac{1}{2}})}’$ $+$ ${((1 – x)^{\frac{1}{2}})}’$ $=$ $\frac{1}{2}$ $\frac{1}{\sqrt{1+x}}$ $+$ $\frac{1}{2}$ $\frac{1}{\sqrt{1-x}}$ $=$ $\frac{1}{2 \sqrt{1+x}}$ $+$ $\frac{1}{2 \sqrt{1-x}}$

上面这个计算过程是错的,错误的原因是在计算 $\sqrt{1+x}$ 的导数时把 $1+x$ 视作了自变量,也就是说把 $1$ $+$ $x$ 视作了求导对象;而在对 $\sqrt{1-x}$ 求导时,又把 $1$ $-$ $x$ 看作了求导自变量。

很显然,一个二维函数中不可能有两个不同的自变量,而且根据约定可知,当式子中出现 $f(x)$ 或者 $lim_{x \to 0}$ 时,就表明这个式子中的自变量是 $x$ 且求导也要对 $x$ 求导。

三、正确的求导过程

这里我们可以使用复合函数求导的链式法则计算本例题,复合函数的链式求导法则如下:

设 $y$ $=$ $f(u)$, $u$ $=$ $\mu(x)$, 如果 $\mu(x)$ 在 $x$ 处可导,$f(x)$ 在对应点 $u$ 处可导,则复合函数 $y$ $=$ $f[\mu(x)]$ 在 $x$ 处可导,且有:

$\frac{dy}{dx}$ $=$ $\frac{dy}{du}$ $\frac{du}{dx}$ $=$ ${f}'[\mu(x)]{\mu}'(x)$

于是,对于例题的正确求导过程如下:

${f}'(x)$ $=$ ${(\sqrt{1 + x})}’$ $+$ ${(\sqrt{1 – x})}’$ $+$ ${2}’$ $=$ ${((1 + x)^{\frac{1}{2}})}’$ $+$ ${((1 – x)^{\frac{1}{2}})}’$ $=$ $\frac{1}{2}(1 + x)^{-\frac{1}{2}}$ $+$ $\frac{1}{2}$ $(1 – x)^{-\frac{1}{2}}$ $=$ $\frac{1}{2}$ $(1 + x)^{-\frac{1}{2}} \times {(x)}’$ $+$ $\frac{1}{2}$ $(1 – x)^{-\frac{1}{2}} \times {(-x)}’$ $=$ $\frac{1}{2\sqrt{1+x}} – \frac{1}{2 \sqrt{1-x}}$

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基本的等价无穷小

当 $x\rightarrow0$ 时:
$\tan x$ $\backsim$ $x$
$\sin x$ $\backsim$ $x$
$\arcsin x$ $\backsim$ $x$
$\arctan x$ $\backsim$ $x$
$\ln(1+x)$ $\backsim$ $x$
$e^{x} -1$ $\backsim$ $x$
$1-\cos x$ $\backsim$ $\frac{1}{2}x^{2}$
$x – \ln(1 + x)$ $\backsim$ $\frac{1}{2}x^{2}$
$\tan x – \sin x$ $\backsim$ $\frac{1}{2}x^{3}$
$\arcsin x – \arctan x$ $\backsim$ $\frac{1}{2}x^{3}$
$\tan x – x$ $\backsim$ $\frac{1}{3}x^{3}$
$x – \arctan x$ $\backsim$ $\frac{1}{3}x^{3}$
$x – \sin x$ $\backsim$ $\frac{1}{6}x^{3}$
$(1+x)^{a}-1$ $\backsim$ $ax$
$a^{x}-1$ $\backsim$ $\ln a\times x$

补充的等价无穷小

(01) 当 $\beta(x)$ $\rightarrow$ $0$ 且 $\beta(x) \cdot \alpha(x)$ $\rightarrow$ $0$ 时:
$[1 + \beta(x)]^{\alpha(x)} – 1$ $\sim$ $\alpha(x) \beta(x)$

Tips:

  1. 在上面的等价无穷小公式中,表示常数的符号 $a$ 也可以是一个极限为常数的式子。
    例如 $(1+x)^{a}-1$ $\backsim$ $ax$ 这个极限公式中的 $a$ 既可以是一个常数,也可以是一个极限为常数的式子——也就是说,表示 $a$ 的这个式子的极限必须存在。
  2. 当 $x$ 不是趋于零而是趋于某个常数的时候也可以借助上面的等价无穷小公式解题,可以参考《只有当 x 趋于零的时候才能用等价无穷小代换吗?不,x 趋于 1 的时候也可以试试看》。

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