微积分学示例

$\frac{2 x^{2} + 1}{\tan (x^{3})}$

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 $f (x) = 2 x^{2} + 1$ 且 $g (x) = \tan (x^{3})$ 。

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

解题步骤 2

求微分。

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解题步骤 2.1

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

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

解题步骤 2.2

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

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

解题步骤 2.3

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 $n = 2$ 。

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

解题步骤 2.4

将 $2$ 乘以 $2$ 。

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

解题步骤 2.5

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

$\frac{\tan (x^{3}) (4 x + 0) - (2 x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [\tan (x^{3})]}{\tan^{2} (x^{3})}$

解题步骤 2.6

将 $4 x$ 和 $0$ 相加。

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

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 $f (x) = \tan (x)$ 且 $g (x) = x^{3}$ 。

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解题步骤 3.1

要使用链式法则，请将 $u$ 设为 $x^{3}$ 。

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

解题步骤 3.2

$\tan (u)$ 对 $u$ 的导数为 $\sec^{2} (u)$ 。

$\frac{\tan (x^{3}) (4 x) - (2 x^{2} + 1) (\sec^{2} (u) \frac{d}{d x} [x^{3}])}{\tan^{2} (x^{3})}$

解题步骤 3.3

使用 $x^{3}$ 替换所有出现的 $u$ 。

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

解题步骤 4

使用幂法则求微分。

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解题步骤 4.1

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 $n = 3$ 。

$\frac{\tan (x^{3}) (4 x) - (2 x^{2} + 1) (\sec^{2} (x^{3}) (3 x^{2}))}{\tan^{2} (x^{3})}$

解题步骤 4.2

将 $3$ 乘以 $- 1$ 。

$\frac{\tan (x^{3}) (4 x) - 3 (2 x^{2} + 1) (\sec^{2} (x^{3}) (x^{2}))}{\tan^{2} (x^{3})}$

解题步骤 5

化简。

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解题步骤 5.1

运用分配律。

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

解题步骤 5.2

运用分配律。

$\frac{\tan (x^{3}) (4 x) - 3 (2 x^{2}) (\sec^{2} (x^{3}) x^{2}) - 3 \cdot 1 (\sec^{2} (x^{3}) x^{2})}{\tan^{2} (x^{3})}$

解题步骤 5.3

化简分子。

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解题步骤 5.3.1

化简每一项。

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解题步骤 5.3.1.1

使用乘法的交换性质重写。

$\frac{4 \tan (x^{3}) x - 3 (2 x^{2}) (\sec^{2} (x^{3}) x^{2}) - 3 \cdot 1 (\sec^{2} (x^{3}) x^{2})}{\tan^{2} (x^{3})}$

解题步骤 5.3.1.2

通过指数相加将 $x^{2}$ 乘以 $x^{2}$ 。

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解题步骤 5.3.1.2.1

移动 $x^{2}$ 。

$\frac{4 \tan (x^{3}) x - 3 (2 (x^{2} x^{2})) \sec^{2} (x^{3}) - 3 \cdot 1 (\sec^{2} (x^{3}) x^{2})}{\tan^{2} (x^{3})}$

解题步骤 5.3.1.2.2

使用幂法则 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ 合并指数。

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

解题步骤 5.3.1.2.3

将 $2$ 和 $2$ 相加。

$\frac{4 \tan (x^{3}) x - 3 (2 x^{4}) \sec^{2} (x^{3}) - 3 \cdot 1 (\sec^{2} (x^{3}) x^{2})}{\tan^{2} (x^{3})}$

解题步骤 5.3.1.3

将 $2$ 乘以 $- 3$ 。

$\frac{4 \tan (x^{3}) x - 6 x^{4} \sec^{2} (x^{3}) - 3 \cdot 1 (\sec^{2} (x^{3}) x^{2})}{\tan^{2} (x^{3})}$

解题步骤 5.3.1.4

将 $- 3$ 乘以 $1$ 。

$\frac{4 \tan (x^{3}) x - 6 x^{4} \sec^{2} (x^{3}) - 3 \sec^{2} (x^{3}) x^{2}}{\tan^{2} (x^{3})}$

解题步骤 5.3.2

将 $4 \tan (x^{3}) x - 6 x^{4} \sec^{2} (x^{3}) - 3 \sec^{2} (x^{3}) x^{2}$ 中的因式重新排序。

$\frac{4 x \tan (x^{3}) - 6 x^{4} \sec^{2} (x^{3}) - 3 x^{2} \sec^{2} (x^{3})}{\tan^{2} (x^{3})}$

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