微积分学示例

$y = {(x - \frac{1}{x})}^{2}$

解题步骤 1

使用链式法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ 等于 $f' (g (x)) g' (x)$ ，其中 $f (x) = x^{2}$ 且 $g (x) = x - \frac{1}{x}$ 。

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解题步骤 1.1

要使用链式法则，请将 $u$ 设为 $x - \frac{1}{x}$ 。

$\frac{d}{d u} [u^{2}] \frac{d}{d x} [x - \frac{1}{x}]$

解题步骤 1.2

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d u} [u^{n}]$ 等于 $n u^{n - 1}$ ，其中 $n = 2$ 。

$2 u \frac{d}{d x} [x - \frac{1}{x}]$

解题步骤 1.3

使用 $x - \frac{1}{x}$ 替换所有出现的 $u$ 。

$2 (x - \frac{1}{x}) \frac{d}{d x} [x - \frac{1}{x}]$

解题步骤 2

求微分。

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解题步骤 2.1

根据加法法则， $x - \frac{1}{x}$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- \frac{1}{x}]$ 。

$2 (x - \frac{1}{x}) (\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- \frac{1}{x}])$

解题步骤 2.2

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = 1$ 。

$2 (x - \frac{1}{x}) (1 + \frac{d}{d x} [- \frac{1}{x}])$

解题步骤 3

使用乘积法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [f (x) g (x)]$ 等于 $f (x) \frac{d}{d x} [g (x)] + g (x) \frac{d}{d x} [f (x)]$ ，其中 $f (x) = - 1$ 且 $g (x) = \frac{1}{x}$ 。

$2 (x - \frac{1}{x}) (1 - \frac{d}{d x} [\frac{1}{x}] + \frac{1}{x} \frac{d}{d x} [- 1])$

解题步骤 4

求微分。

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解题步骤 4.1

将 $\frac{1}{x}$ 重写为 $x^{- 1}$ 。

$2 (x - \frac{1}{x}) (1 - \frac{d}{d x} [x^{- 1}] + \frac{1}{x} \frac{d}{d x} [- 1])$

解题步骤 4.2

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = - 1$ 。

$2 (x - \frac{1}{x}) (1 - - x^{- 2} + \frac{1}{x} \frac{d}{d x} [- 1])$

解题步骤 4.3

乘。

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解题步骤 4.3.1

将 $- 1$ 乘以 $- 1$ 。

$2 (x - \frac{1}{x}) (1 + 1 x^{- 2} + \frac{1}{x} \frac{d}{d x} [- 1])$

解题步骤 4.3.2

将 $x^{- 2}$ 乘以 $1$ 。

$2 (x - \frac{1}{x}) (1 + x^{- 2} + \frac{1}{x} \frac{d}{d x} [- 1])$

解题步骤 4.4

因为 $- 1$ 对于 $x$ 是常数，所以 $- 1$ 对 $x$ 的导数为 $0$ 。

$2 (x - \frac{1}{x}) (1 + x^{- 2} + \frac{1}{x} \cdot 0)$

解题步骤 4.5

化简表达式。

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解题步骤 4.5.1

将 $\frac{1}{x}$ 乘以 $0$ 。

$2 (x - \frac{1}{x}) (1 + x^{- 2} + 0)$

解题步骤 4.5.2

将 $1 + x^{- 2}$ 和 $0$ 相加。

$2 (x - \frac{1}{x}) (1 + x^{- 2})$

解题步骤 5

化简。

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解题步骤 5.1

使用负指数规则 $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ 重写表达式。

$2 (x - \frac{1}{x}) (1 + \frac{1}{x^{2}})$

解题步骤 5.2

运用分配律。

$(2 x + 2 (- \frac{1}{x})) (1 + \frac{1}{x^{2}})$

解题步骤 5.3

合并项。

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解题步骤 5.3.1

将 $- 1$ 乘以 $2$ 。

$(2 x - 2 \frac{1}{x}) (1 + \frac{1}{x^{2}})$

解题步骤 5.3.2

组合 $- 2$ 和 $\frac{1}{x}$ 。

$(2 x + \frac{- 2}{x}) (1 + \frac{1}{x^{2}})$

解题步骤 5.3.3

将负号移到分数的前面。

$(2 x - \frac{2}{x}) (1 + \frac{1}{x^{2}})$

解题步骤 5.4

重新排序 $(2 x - \frac{2}{x}) (1 + \frac{1}{x^{2}})$ 的因式。

$(1 + \frac{1}{x^{2}}) (2 x - \frac{2}{x})$

解题步骤 5.5

使用 FOIL 方法展开 $(1 + \frac{1}{x^{2}}) (2 x - \frac{2}{x})$ 。

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解题步骤 5.5.1

运用分配律。

$1 (2 x - \frac{2}{x}) + \frac{1}{x^{2}} (2 x - \frac{2}{x})$

解题步骤 5.5.2

运用分配律。

$1 (2 x) + 1 (- \frac{2}{x}) + \frac{1}{x^{2}} (2 x - \frac{2}{x})$

解题步骤 5.5.3

运用分配律。

$1 (2 x) + 1 (- \frac{2}{x}) + \frac{1}{x^{2}} (2 x) + \frac{1}{x^{2}} (- \frac{2}{x})$

解题步骤 5.6

化简并合并同类项。

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解题步骤 5.6.1

化简每一项。

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解题步骤 5.6.1.1

将 $2 x$ 乘以 $1$ 。

$2 x + 1 (- \frac{2}{x}) + \frac{1}{x^{2}} (2 x) + \frac{1}{x^{2}} (- \frac{2}{x})$

解题步骤 5.6.1.2

将 $- \frac{2}{x}$ 乘以 $1$ 。

$2 x - \frac{2}{x} + \frac{1}{x^{2}} (2 x) + \frac{1}{x^{2}} (- \frac{2}{x})$

解题步骤 5.6.1.3

使用乘法的交换性质重写。

$2 x - \frac{2}{x} + 2 \frac{1}{x^{2}} x + \frac{1}{x^{2}} (- \frac{2}{x})$

解题步骤 5.6.1.4

组合 $2$ 和 $\frac{1}{x^{2}}$ 。

$2 x - \frac{2}{x} + \frac{2}{x^{2}} x + \frac{1}{x^{2}} (- \frac{2}{x})$

解题步骤 5.6.1.5

约去 $x$ 的公因数。

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解题步骤 5.6.1.5.1

从 $x^{2}$ 中分解出因数 $x$ 。

$2 x - \frac{2}{x} + \frac{2}{x \cdot x} x + \frac{1}{x^{2}} (- \frac{2}{x})$

解题步骤 5.6.1.5.2

约去公因数。

$2 x - \frac{2}{x} + \frac{2}{x \cdot x} x + \frac{1}{x^{2}} (- \frac{2}{x})$

解题步骤 5.6.1.5.3

重写表达式。

$2 x - \frac{2}{x} + \frac{2}{x} + \frac{1}{x^{2}} (- \frac{2}{x})$

解题步骤 5.6.1.6

使用乘法的交换性质重写。

$2 x - \frac{2}{x} + \frac{2}{x} - \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$

解题步骤 5.6.1.7

乘以 $- \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$ 。

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解题步骤 5.6.1.7.1

将 $\frac{2}{x}$ 乘以 $\frac{1}{x^{2}}$ 。

$2 x - \frac{2}{x} + \frac{2}{x} - \frac{2}{x \cdot x^{2}}$

解题步骤 5.6.1.7.2

通过指数相加将 $x$ 乘以 $x^{2}$ 。

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解题步骤 5.6.1.7.2.1

将 $x$ 乘以 $x^{2}$ 。

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解题步骤 5.6.1.7.2.1.1

对 $x$ 进行 $1$ 次方运算。

$2 x - \frac{2}{x} + \frac{2}{x} - \frac{2}{x^{1} x^{2}}$

解题步骤 5.6.1.7.2.1.2

使用幂法则 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ 合并指数。

$2 x - \frac{2}{x} + \frac{2}{x} - \frac{2}{x^{1 + 2}}$

解题步骤 5.6.1.7.2.2

将 $1$ 和 $2$ 相加。

$2 x - \frac{2}{x} + \frac{2}{x} - \frac{2}{x^{3}}$

解题步骤 5.6.2

将 $- \frac{2}{x}$ 和 $\frac{2}{x}$ 相加。

$2 x + 0 - \frac{2}{x^{3}}$

解题步骤 5.6.3

将 $2 x$ 和 $0$ 相加。

$2 x - \frac{2}{x^{3}}$

微积分学 示例

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