微积分学示例

$y = \frac{\csc^{2} (\frac{x}{2})}{3 x + 4}$

解题步骤 1

使用除法定则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [\frac{f (x)}{g (x)}]$ 等于 $\frac{g (x) \frac{d}{d x} [f (x)] - f (x) \frac{d}{d x} [g (x)]}{{g (x)}^{2}}$ ，其中 $f (x) = \csc^{2} (\frac{x}{2})$ 且 $g (x) = 3 x + 4$ 。

$\frac{(3 x + 4) \frac{d}{d x} [\csc^{2} (\frac{x}{2})] - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 2

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 $g (x) = \csc (\frac{x}{2})$ 。

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解题步骤 2.1

要使用链式法则，请将 $u_{1}$ 设为 $\csc (\frac{x}{2})$ 。

$\frac{(3 x + 4) (\frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{2}] \frac{d}{d x} [\csc (\frac{x}{2})]) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 2.2

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

$\frac{(3 x + 4) (2 u_{1} \frac{d}{d x} [\csc (\frac{x}{2})]) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 2.3

使用 $\csc (\frac{x}{2})$ 替换所有出现的 $u_{1}$ 。

$\frac{(3 x + 4) (2 \csc (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [\csc (\frac{x}{2})]) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 3

将 $2$ 移到 $3 x + 4$ 的左侧。

$\frac{2 \cdot (3 x + 4) \csc (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [\csc (\frac{x}{2})] - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 4

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 $f (x) = \csc (x)$ 且 $g (x) = \frac{x}{2}$ 。

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解题步骤 4.1

要使用链式法则，请将 $u_{2}$ 设为 $\frac{x}{2}$ 。

$\frac{2 (3 x + 4) \csc (\frac{x}{2}) (\frac{d}{d u_{2}} [\csc (u_{2})] \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}]) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 4.2

$\csc (u_{2})$ 对 $u_{2}$ 的导数为 $- \csc (u_{2}) \cot (u_{2})$ 。

$\frac{2 (3 x + 4) \csc (\frac{x}{2}) (- \csc (u_{2}) \cot (u_{2}) \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}]) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 4.3

使用 $\frac{x}{2}$ 替换所有出现的 $u_{2}$ 。

$\frac{2 (3 x + 4) \csc (\frac{x}{2}) (- \csc (\frac{x}{2}) \cot (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}]) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 5

将 $- 1$ 乘以 $2$ 。

$\frac{- 2 (3 x + 4) \csc (\frac{x}{2}) (\csc (\frac{x}{2}) \cot (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}]) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 6

对 $\csc (\frac{x}{2})$ 进行 $1$ 次方运算。

$\frac{- 2 (3 x + 4) (\csc^{1} (\frac{x}{2}) \csc (\frac{x}{2})) (\cot (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}]) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 7

对 $\csc (\frac{x}{2})$ 进行 $1$ 次方运算。

$\frac{- 2 (3 x + 4) (\csc^{1} (\frac{x}{2}) \csc^{1} (\frac{x}{2})) (\cot (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}]) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 8

使用幂法则 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ 合并指数。

$\frac{- 2 (3 x + 4) {\csc (\frac{x}{2})}^{1 + 1} (\cot (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}]) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 9

将 $1$ 和 $1$ 相加。

$\frac{- 2 (3 x + 4) \csc^{2} (\frac{x}{2}) (\cot (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}]) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 10

因为 $\frac{1}{2}$ 对于 $x$ 是常数，所以 $\frac{x}{2}$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{1}{2} \frac{d}{d x} [x]$ 。

$\frac{- 2 (3 x + 4) \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cot (\frac{x}{2}) (\frac{1}{2} \frac{d}{d x} [x]) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 11

化简项。

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解题步骤 11.1

组合 $\frac{1}{2}$ 和 $- 2$ 。

$\frac{\frac{- 2}{2} (3 x + 4) \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cot (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [x] - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 11.2

组合 $\csc^{2} (\frac{x}{2})$ 和 $\frac{- 2}{2}$ 。

$\frac{\frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) \cdot - 2}{2} (3 x + 4) \cot (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [x] - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 11.3

组合 $\cot (\frac{x}{2})$ 和 $\frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) \cdot - 2}{2}$ 。

$\frac{\frac{\cot (\frac{x}{2}) (\csc^{2} (\frac{x}{2}) \cdot - 2)}{2} (3 x + 4) \frac{d}{d x} [x] - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 11.4

将 $- 2$ 移到 $\csc^{2} (\frac{x}{2})$ 的左侧。

$\frac{\frac{\cot (\frac{x}{2}) (- 2 \cdot \csc^{2} (\frac{x}{2}))}{2} (3 x + 4) \frac{d}{d x} [x] - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 11.5

约去 $- 2$ 和 $2$ 的公因数。

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解题步骤 11.5.1

从 $\cot (\frac{x}{2}) (- 2 \csc^{2} (\frac{x}{2}))$ 中分解出因数 $2$ 。

$\frac{\frac{2 (\cot (\frac{x}{2}) (- \csc^{2} (\frac{x}{2})))}{2} (3 x + 4) \frac{d}{d x} [x] - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 11.5.2

约去公因数。

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解题步骤 11.5.2.1

从 $2$ 中分解出因数 $2$ 。

$\frac{\frac{2 (\cot (\frac{x}{2}) (- \csc^{2} (\frac{x}{2})))}{2 (1)} (3 x + 4) \frac{d}{d x} [x] - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 11.5.2.2

约去公因数。

$\frac{\frac{2 (\cot (\frac{x}{2}) (- \csc^{2} (\frac{x}{2})))}{2 \cdot 1} (3 x + 4) \frac{d}{d x} [x] - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 11.5.2.3

重写表达式。

$\frac{\frac{\cot (\frac{x}{2}) (- \csc^{2} (\frac{x}{2}))}{1} (3 x + 4) \frac{d}{d x} [x] - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 11.5.2.4

用 $\cot (\frac{x}{2}) (- \csc^{2} (\frac{x}{2}))$ 除以 $1$ 。

$\frac{\cot (\frac{x}{2}) (- \csc^{2} (\frac{x}{2})) (3 x + 4) \frac{d}{d x} [x] - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 12

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 $n = 1$ 。

$\frac{\cot (\frac{x}{2}) (- \csc^{2} (\frac{x}{2})) (3 x + 4) \cdot 1 - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 13

将 $\cot (\frac{x}{2})$ 乘以 $1$ 。

$\frac{(- \csc^{2} (\frac{x}{2})) (3 x + 4) \cdot \cot (\frac{x}{2}) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [3 x + 4]}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 14

根据加法法则， $3 x + 4$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{d}{d x} [3 x] + \frac{d}{d x} [4]$ 。

$\frac{- \csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 x + 4) \cot (\frac{x}{2}) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) (\frac{d}{d x} [3 x] + \frac{d}{d x} [4])}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 15

因为 $3$ 对于 $x$ 是常数，所以 $3 x$ 对 $x$ 的导数是 $3 \frac{d}{d x} [x]$ 。

$\frac{- \csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 x + 4) \cot (\frac{x}{2}) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 \frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [4])}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 16

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 $n = 1$ 。

$\frac{- \csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 x + 4) \cot (\frac{x}{2}) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 \cdot 1 + \frac{d}{d x} [4])}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 17

将 $3$ 乘以 $1$ 。

$\frac{- \csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 x + 4) \cot (\frac{x}{2}) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 + \frac{d}{d x} [4])}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 18

因为 $4$ 对于 $x$ 是常数，所以 $4$ 对 $x$ 的导数为 $0$ 。

$\frac{- \csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 x + 4) \cot (\frac{x}{2}) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 + 0)}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 19

化简表达式。

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解题步骤 19.1

将 $3$ 和 $0$ 相加。

$\frac{- \csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 x + 4) \cot (\frac{x}{2}) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cdot 3}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 19.2

将 $3$ 乘以 $- 1$ 。

$\frac{- \csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 x + 4) \cot (\frac{x}{2}) - 3 \csc^{2} (\frac{x}{2})}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20

化简。

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解题步骤 20.1

运用分配律。

$\frac{(- \csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 x) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cdot 4) \cot (\frac{x}{2}) - 3 \csc^{2} (\frac{x}{2})}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.2

运用分配律。

$\frac{- \csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 x) \cot (\frac{x}{2}) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cdot 4 \cot (\frac{x}{2}) - 3 \csc^{2} (\frac{x}{2})}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.3

化简分子。

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解题步骤 20.3.1

化简每一项。

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解题步骤 20.3.1.1

使用乘法的交换性质重写。

$\frac{- 1 \cdot 3 \csc^{2} (\frac{x}{2}) x \cot (\frac{x}{2}) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cdot 4 \cot (\frac{x}{2}) - 3 \csc^{2} (\frac{x}{2})}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.3.1.2

将 $- 1$ 乘以 $3$ 。

$\frac{- 3 \csc^{2} (\frac{x}{2}) x \cot (\frac{x}{2}) - \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cdot 4 \cot (\frac{x}{2}) - 3 \csc^{2} (\frac{x}{2})}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.3.1.3

将 $4$ 乘以 $- 1$ 。

$\frac{- 3 \csc^{2} (\frac{x}{2}) x \cot (\frac{x}{2}) - 4 \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cot (\frac{x}{2}) - 3 \csc^{2} (\frac{x}{2})}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.3.2

将 $- 3 \csc^{2} (\frac{x}{2}) x \cot (\frac{x}{2}) - 4 \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cot (\frac{x}{2}) - 3 \csc^{2} (\frac{x}{2})$ 中的因式重新排序。

$\frac{- 3 x \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cot (\frac{x}{2}) - 4 \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cot (\frac{x}{2}) - 3 \csc^{2} (\frac{x}{2})}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.4

从 $- 3 x \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cot (\frac{x}{2}) - 4 \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cot (\frac{x}{2}) - 3 \csc^{2} (\frac{x}{2})$ 中分解出因数 $\csc^{2} (\frac{x}{2})$ 。

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解题步骤 20.4.1

从 $- 3 x \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cot (\frac{x}{2})$ 中分解出因数 $\csc^{2} (\frac{x}{2})$ 。

$\frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) (- 3 x \cot (\frac{x}{2})) - 4 \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cot (\frac{x}{2}) - 3 \csc^{2} (\frac{x}{2})}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.4.2

从 $- 4 \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cot (\frac{x}{2})$ 中分解出因数 $\csc^{2} (\frac{x}{2})$ 。

$\frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) (- 3 x \cot (\frac{x}{2})) + \csc^{2} (\frac{x}{2}) (- 4 \cot (\frac{x}{2})) - 3 \csc^{2} (\frac{x}{2})}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.4.3

从 $- 3 \csc^{2} (\frac{x}{2})$ 中分解出因数 $\csc^{2} (\frac{x}{2})$ 。

$\frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) (- 3 x \cot (\frac{x}{2})) + \csc^{2} (\frac{x}{2}) (- 4 \cot (\frac{x}{2})) + \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cdot - 3}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.4.4

从 $\csc^{2} (\frac{x}{2}) (- 3 x \cot (\frac{x}{2})) + \csc^{2} (\frac{x}{2}) (- 4 \cot (\frac{x}{2}))$ 中分解出因数 $\csc^{2} (\frac{x}{2})$ 。

$\frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) (- 3 x \cot (\frac{x}{2}) - 4 \cot (\frac{x}{2})) + \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cdot - 3}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.4.5

从 $\csc^{2} (\frac{x}{2}) (- 3 x \cot (\frac{x}{2}) - 4 \cot (\frac{x}{2})) + \csc^{2} (\frac{x}{2}) \cdot - 3$ 中分解出因数 $\csc^{2} (\frac{x}{2})$ 。

$\frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) (- 3 x \cot (\frac{x}{2}) - 4 \cot (\frac{x}{2}) - 3)}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.5

从 $- 3 x \cot (\frac{x}{2})$ 中分解出因数 $- 1$ 。

$\frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) (- (3 x \cot (\frac{x}{2})) - 4 \cot (\frac{x}{2}) - 3)}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.6

从 $- 4 \cot (\frac{x}{2})$ 中分解出因数 $- 1$ 。

$\frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) (- (3 x \cot (\frac{x}{2})) - (4 \cot (\frac{x}{2})) - 3)}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.7

从 $- (3 x \cot (\frac{x}{2})) - (4 \cot (\frac{x}{2}))$ 中分解出因数 $- 1$ 。

$\frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) (- (3 x \cot (\frac{x}{2}) + 4 \cot (\frac{x}{2})) - 3)}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.8

将 $- 3$ 重写为 $- 1 (3)$ 。

$\frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) (- (3 x \cot (\frac{x}{2}) + 4 \cot (\frac{x}{2})) - 1 (3))}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.9

从 $- (3 x \cot (\frac{x}{2}) + 4 \cot (\frac{x}{2})) - 1 (3)$ 中分解出因数 $- 1$ 。

$\frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) (- (3 x \cot (\frac{x}{2}) + 4 \cot (\frac{x}{2}) + 3))}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.10

将 $- (3 x \cot (\frac{x}{2}) + 4 \cot (\frac{x}{2}) + 3)$ 重写为 $- 1 (3 x \cot (\frac{x}{2}) + 4 \cot (\frac{x}{2}) + 3)$ 。

$\frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) (- 1 (3 x \cot (\frac{x}{2}) + 4 \cot (\frac{x}{2}) + 3))}{{(3 x + 4)}^{2}}$

解题步骤 20.11

将负号移到分数的前面。

$- \frac{\csc^{2} (\frac{x}{2}) (3 x \cot (\frac{x}{2}) + 4 \cot (\frac{x}{2}) + 3)}{{(3 x + 4)}^{2}}$

微积分学 示例

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