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附加数学 · 微分

应用链式法则

x 的幂会微分,带括号的幂却总是算错。

链式法则用来微分括号的幂。从外往里做:先微分外层的幂,保留括号,再乘以里面式子的导数。

这一课属于 SPM 附加数学微分,建立在幂、乘积与商的微分之上。

这条规则怎么说?

若 y = (f(x))ⁿ,则 dy/dx = n (f(x))ⁿ⁻¹ × f′(x)。最后那个因子就是里面式子的导数。

另一种写法用 u 表示里面的式子:若 y 是 u 的函数,而 u 是 x 的函数,则 dy/dx = dy/du × du/dx。

例题一:括号的幂

微分 y = (5x − 1)⁴。

外层:指数 4 落下来,新的指数是 3,得 4(5x − 1)³。内层:5x − 1 的导数是 5。

相乘:dy/dx = 4(5x − 1)³ × 5 = 20(5x − 1)³。

例题二:平方根

微分 y = √(3x + 7)。

改写成 y = (3x + 7)^(1/2)。外层:(1/2)(3x + 7)^(−1/2)。内层:3x + 7 的导数是 3。

所以 dy/dx = (1/2)(3x + 7)^(−1/2) × 3 = 3 ÷ (2√(3x + 7))。

例题三:用 u 来做

令 u = x² − 4,微分 y = (x² − 4)³。

于是 y = u³,dy/du = 3u²,du/dx = 2x。相乘:dy/dx = 3u² × 2x = 6x(x² − 4)²。

求 x = 3 时的梯度:6(3)(9 − 4)² = 18 × 25 = 450。

会丢分的错误

常见的失误是只微分外层,忘了内层。

题目 错误 正确
(3x + 2)³ 的导数 3(3x + 2)² 3(3x + 2)² × 3 = 9(3x + 2)²

展开检查一下就能发现。取 (3x + 2)² = 9x² + 12x + 4,直接微分得 18x + 12 = 6(3x + 2)。

链式法则给出 2(3x + 2) × 3 = 6(3x + 2),两者相符。漏掉内层的因子 3,就只得到 2(3x + 2),只有正确答案的三分之一。

自我检查

微分 y = 1 ÷ (3x − 1)²,再求 x = 1 时的梯度。

答案

改写成 y = (3x − 1)^(−2)。

dy/dx = −2(3x − 1)^(−3) × 3 = −6(3x − 1)^(−3) = −6 ÷ (3x − 1)³。

x = 1 时:3x − 1 = 2,所以梯度是 −6 ÷ 8 = −3/4。

接下来学什么

下一步是用导数求梯度,请读求切线与法线。用多项式微分练习器 (英文)练习法则,再用微分练习题测试自己。

想要老师一对一看出你的内层导数是在哪一步被漏掉的,可以看线上一对一附加数学补习。

常见问题

用简单的话说,链式法则是什么?

把括号当成一个字母,先微分外层的幂,再乘以括号里面那部分的导数。用符号表示:若 y = u^n 而 u 是 x 的函数,则 dy/dx = n u^(n−1) × du/dx。

根号和分式怎样用链式法则微分?

先改写。根号变成二分之一次幂,括号分之一变成括号的负一次幂。然后照常使用链式法则,最后才化简。

什么时候要同时用乘积法则和链式法则?

两个因子相乘,而其中一个是括号的幂时,在乘积法则里面用链式法则微分那个括号。一次处理一个因子,把每一部分写出来再合并。

怎样检查链式法则的答案?

选一个简单的 x 值做数值检查,或者把低次幂手动展开再比较。例如先展开 (x + 1)² 再直接微分,确认链式法则得到相同的结果。

如果链式法则在简单的括号上行得通,遇到根号和分式就出错,一对一的老师可以陪你重写式子,并看你的每一步。

  • 为孩子安排线上一对一课程,由经验丰富的老师授课。
  • 第一堂是一小时试听课,RM50 起。学费在预约前就先谈好。
  • 对老师满意就继续上课,每堂约 1.5 小时;不满意可以要求换老师。