微积分学示例

$y = 2^{x} \csc (2 x) + \ln (\cos (x))$

解题步骤 1

根据加法法则， $2^{x} \csc (2 x) + \ln (\cos (x))$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{d}{d x} [2^{x} \csc (2 x)] + \frac{d}{d x} [\ln (\cos (x))]$ 。

$\frac{d}{d x} [2^{x} \csc (2 x)] + \frac{d}{d x} [\ln (\cos (x))]$

解题步骤 2

计算 $\frac{d}{d x} [2^{x} \csc (2 x)]$ 。

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解题步骤 2.1

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

$2^{x} \frac{d}{d x} [\csc (2 x)] + \csc (2 x) \frac{d}{d x} [2^{x}] + \frac{d}{d x} [\ln (\cos (x))]$

解题步骤 2.2

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 $f (x) = \csc (x)$ 且 $g (x) = 2 x$ 。

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解题步骤 2.2.1

要使用链式法则，请将 $u_{1}$ 设为 $2 x$ 。

$2^{x} (\frac{d}{d u_{1}} [\csc (u_{1})] \frac{d}{d x} [2 x]) + \csc (2 x) \frac{d}{d x} [2^{x}] + \frac{d}{d x} [\ln (\cos (x))]$

解题步骤 2.2.2

$\csc (u_{1})$ 对 $u_{1}$ 的导数为 $- \csc (u_{1}) \cot (u_{1})$ 。

$2^{x} (- \csc (u_{1}) \cot (u_{1}) \frac{d}{d x} [2 x]) + \csc (2 x) \frac{d}{d x} [2^{x}] + \frac{d}{d x} [\ln (\cos (x))]$

解题步骤 2.2.3

使用 $2 x$ 替换所有出现的 $u_{1}$ 。

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

解题步骤 2.3

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

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

解题步骤 2.4

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 $n = 1$ 。

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

解题步骤 2.5

使用指数法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [a^{x}]$ 等于 $a^{x} \ln (a)$ ，其中 $a$ = $2$ 。

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

解题步骤 2.6

将 $2$ 乘以 $1$ 。

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

解题步骤 2.7

将 $2$ 乘以 $- 1$ 。

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

解题步骤 3

计算 $\frac{d}{d x} [\ln (\cos (x))]$ 。

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解题步骤 3.1

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 $f (x) = \ln (x)$ 且 $g (x) = \cos (x)$ 。

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解题步骤 3.1.1

要使用链式法则，请将 $u_{2}$ 设为 $\cos (x)$ 。

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

解题步骤 3.1.2

$\ln (u_{2})$ 对 $u_{2}$ 的导数为 $\frac{1}{u_{2}}$ 。

$2^{x} (- 2 \csc (2 x) \cot (2 x)) + \csc (2 x) (2^{x} \ln (2)) + \frac{1}{u_{2}} \frac{d}{d x} [\cos (x)]$

解题步骤 3.1.3

使用 $\cos (x)$ 替换所有出现的 $u_{2}$ 。

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

解题步骤 3.2

$\cos (x)$ 对 $x$ 的导数为 $- \sin (x)$ 。

$2^{x} (- 2 \csc (2 x) \cot (2 x)) + \csc (2 x) (2^{x} \ln (2)) + \frac{1}{\cos (x)} (- \sin (x))$

解题步骤 3.3

将 $\frac{1}{\cos (x)}$ 转换成 $\sec (x)$ 。

$2^{x} (- 2 \csc (2 x) \cot (2 x)) + \csc (2 x) (2^{x} \ln (2)) + \sec (x) (- \sin (x))$

解题步骤 4

重新排序项。

$- 2 \cdot 2^{x} \cot (2 x) \csc (2 x) + 2^{x} \csc (2 x) \ln (2) - \sec (x) \sin (x)$

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