微积分学示例

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

解题步骤 1

使用 $\sqrt[n]{a^{x}} = a^{\frac{x}{n}}$ ，将 $\sqrt{x^{2} + 1}$ 重写成 ${(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$ 。

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

解题步骤 2

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 $f (x) = {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$ 且 $g (x) = x$ 。

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

解题步骤 3

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 $f (x) = x^{\frac{1}{2}}$ 且 $g (x) = x^{2} + 1$ 。

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解题步骤 3.1

要使用链式法则，请将 $u$ 设为 $x^{2} + 1$ 。

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

解题步骤 3.2

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 $n = \frac{1}{2}$ 。

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

解题步骤 3.3

使用 $x^{2} + 1$ 替换所有出现的 $u$ 。

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

解题步骤 4

要将 $- 1$ 写成带有公分母的分数，请乘以 $\frac{2}{2}$ 。

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

解题步骤 5

组合 $- 1$ 和 $\frac{2}{2}$ 。

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

解题步骤 6

在公分母上合并分子。

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

解题步骤 7

化简分子。

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解题步骤 7.1

将 $- 1$ 乘以 $2$ 。

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

解题步骤 7.2

从 $1$ 中减去 $2$ 。

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

解题步骤 8

合并分数。

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解题步骤 8.1

将负号移到分数的前面。

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

解题步骤 8.2

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

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

解题步骤 8.3

使用负指数规则 $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ 将 ${(x^{2} + 1)}^{- \frac{1}{2}}$ 移动到分母。

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

解题步骤 8.4

组合 $\frac{1}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$ 和 $x$ 。

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

解题步骤 9

根据加法法则， $x^{2} + 1$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [1]$ 。

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

解题步骤 10

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 $n = 2$ 。

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

解题步骤 11

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

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

解题步骤 12

合并分数。

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解题步骤 12.1

将 $2 x$ 和 $0$ 相加。

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

解题步骤 12.2

组合 $2$ 和 $\frac{x}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$ 。

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

解题步骤 12.3

组合 $\frac{2 x}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$ 和 $x$ 。

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

解题步骤 13

对 $x$ 进行 $1$ 次方运算。

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

解题步骤 14

对 $x$ 进行 $1$ 次方运算。

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

解题步骤 15

使用幂法则 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ 合并指数。

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

解题步骤 16

将 $1$ 和 $1$ 相加。

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

解题步骤 17

约去公因数。

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

解题步骤 18

重写表达式。

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

解题步骤 19

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

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

解题步骤 20

合并。

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

解题步骤 21

运用分配律。

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

解题步骤 22

约去 ${(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$ 的公因数。

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解题步骤 22.1

约去公因数。

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

解题步骤 22.2

重写表达式。

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

解题步骤 23

通过指数相加将 ${(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$ 乘以 ${(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$ 。

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解题步骤 23.1

移动 ${(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$ 。

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

解题步骤 23.2

使用幂法则 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ 合并指数。

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

解题步骤 23.3

在公分母上合并分子。

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

解题步骤 23.4

将 $1$ 和 $1$ 相加。

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

解题步骤 23.5

用 $2$ 除以 $2$ 。

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

解题步骤 24

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

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

解题步骤 25

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 $n = 1$ 。

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

解题步骤 26

化简表达式。

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解题步骤 26.1

将 $- 1$ 乘以 $1$ 。

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

解题步骤 26.2

将 $- 1$ 移到 $x^{2} + 1$ 的左侧。

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

解题步骤 26.3

将 $- 1 (x^{2} + 1)$ 重写为 $- (x^{2} + 1)$ 。

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

解题步骤 27

化简。

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解题步骤 27.1

运用分配律。

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

解题步骤 27.2

化简分子。

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解题步骤 27.2.1

从 $x^{2}$ 中减去 $x^{2}$ 。

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

解题步骤 27.2.2

从 $0$ 中减去 $1 \cdot 1$ 。

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

解题步骤 27.2.3

将 $- 1$ 乘以 $1$ 。

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

解题步骤 27.3

将负号移到分数的前面。

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

解题步骤 27.4

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

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

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