基本初等函数的微分公式与微分运算法则

从函数的微分的表达式

$$\mathrm { d } y = f ^ { \prime } ( x ) \mathrm { d } x$$

可以看出,要计算函数的微分,只要计算函数的导数,再乘以自变量的微分.因此,可得如下的微分公式和微分运算法则.

1.基本初等函数的微分公式

由基本初等函数的导数公式,可以直接写出基本初等函数的微分公式.为了便于对照,列表于下:

2.函数和、差、积、商的微分法则

由函数和、差、积、商的求导法则,可推得相应的微分法则.为了便于对照,列成下表(表中u=u(x),v=v(x)都可导).

再根据乘积的求导法则,有

$$( u v ) ^ { \prime } = u ^ { \prime } v + u v ^ { \prime }$$

现在我们以乘积的微分法则为例加以证明.
根据函数微分的表达式,有

$$\mathrm { d } ( u v ) = ( u v ) ^ { \prime } \mathrm { d } x$$

于是: $\mathrm { d } ( u v ) = \left( u ^ { \prime } v + u v ^ { \prime } \right) \mathrm { d } x = u ^ { \prime } v \mathrm { d } x + u v ^ { \prime } \mathrm { d } x$

由于: $u ^ { \prime } \mathrm { d } x = \mathrm { d } u , \quad v ^ { \prime } \mathrm { d } x = \mathrm { d } v$

所以: $\mathrm { d } ( u v ) = v \mathrm { d } u + u \mathrm { d } v$

其他法则都可以用类似方法证明。

3.复合函数的微分法则

与复合函数的求导法则相应的复合函数的微分法则可推导如下:

设 $y=f(u)$及$u=g(x)$都可导,则复合函数$y = f [ g ( x ) ]$的微分为

$$\mathrm { d } y = y _ { x } ^ { \prime } \mathrm { d } x = f ^ { \prime } ( u ) g ^ { \prime } ( x ) \mathrm { d } x$$

由于$g’(x)dx=du$,所以,复合函数$y=f[g(x)]$微分公式也可以写成

$\mathrm { d } y = f ^ { \prime } ( u ) \mathrm { d } u$ 或 $\mathrm { d } y = y ^ { \prime } _ { u } \mathrm { d } u$

由此可见,无论$u$是自变量还是中间变量,微分形式$dy=f’(u)du$保持不变.这一性质称为微分形式不变性.这性质表示,当变换自变量时,微分形式$dy=f’(u)du$并不改变.




参考:
《高等数学》同济六版 -> P116

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