微积分学示例

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

解题步骤 1

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

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

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

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解题步骤 2.1

要使用链式法则，请将 $u$ 设为 $(x^{2} - 1) (x^{2} + x + 1)$ 。

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

解题步骤 2.2

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 $n = - 1$ 。

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

解题步骤 2.3

使用 $(x^{2} - 1) (x^{2} + x + 1)$ 替换所有出现的 $u$ 。

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

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

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

解题步骤 4

求微分。

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解题步骤 4.1

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

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

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 $n = 2$ 。

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

解题步骤 4.3

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 $n = 1$ 。

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

解题步骤 4.4

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

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

解题步骤 4.5

将 $2 x + 1$ 和 $0$ 相加。

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

解题步骤 4.6

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

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

解题步骤 4.7

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 $n = 2$ 。

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

解题步骤 4.8

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

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

解题步骤 4.9

化简表达式。

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解题步骤 4.9.1

将 $2 x$ 和 $0$ 相加。

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

解题步骤 4.9.2

将 $2$ 移到 $x^{2} + x + 1$ 的左侧。

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

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。

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

解题步骤 5.2

对 $(x^{2} - 1) (x^{2} + x + 1)$ 运用乘积法则。

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

解题步骤 5.3

运用分配律。

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

解题步骤 5.4

运用分配律。

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

解题步骤 5.5

合并项。

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解题步骤 5.5.1

对 $x$ 进行 $1$ 次方运算。

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

解题步骤 5.5.2

使用幂法则 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ 合并指数。

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

解题步骤 5.5.3

将 $1$ 和 $2$ 相加。

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

解题步骤 5.5.4

对 $x$ 进行 $1$ 次方运算。

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

解题步骤 5.5.5

对 $x$ 进行 $1$ 次方运算。

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

解题步骤 5.5.6

使用幂法则 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ 合并指数。

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

解题步骤 5.5.7

将 $1$ 和 $1$ 相加。

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

解题步骤 5.5.8

将 $2$ 乘以 $1$ 。

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

解题步骤 5.6

重新排序 $- \frac{1}{{(x^{2} - 1)}^{2} {(x^{2} + x + 1)}^{2}} ((x^{2} - 1) (2 x + 1) + 2 x^{3} + 2 x^{2} + 2 x)$ 的因式。

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

解题步骤 5.7

化简每一项。

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解题步骤 5.7.1

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

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解题步骤 5.7.1.1

运用分配律。

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

解题步骤 5.7.1.2

运用分配律。

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

解题步骤 5.7.1.3

运用分配律。

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

解题步骤 5.7.2

化简每一项。

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解题步骤 5.7.2.1

使用乘法的交换性质重写。

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

解题步骤 5.7.2.2

通过指数相加将 $x^{2}$ 乘以 $x$ 。

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解题步骤 5.7.2.2.1

移动 $x$ 。

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

解题步骤 5.7.2.2.2

将 $x$ 乘以 $x^{2}$ 。

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解题步骤 5.7.2.2.2.1

对 $x$ 进行 $1$ 次方运算。

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

解题步骤 5.7.2.2.2.2

使用幂法则 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ 合并指数。

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

解题步骤 5.7.2.2.3

将 $1$ 和 $2$ 相加。

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

解题步骤 5.7.2.3

将 $x^{2}$ 乘以 $1$ 。

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

解题步骤 5.7.2.4

将 $2$ 乘以 $- 1$ 。

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

解题步骤 5.7.2.5

将 $- 1$ 乘以 $1$ 。

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

解题步骤 5.8

合并 $2 x^{3} + x^{2} - 2 x - 1 + 2 x^{3} + 2 x^{2} + 2 x$ 中相反的项。

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解题步骤 5.8.1

将 $- 2 x$ 和 $2 x$ 相加。

$- (2 x^{3} + x^{2} - 1 + 2 x^{3} + 2 x^{2} + 0) \frac{1}{{(x^{2} - 1)}^{2} {(x^{2} + x + 1)}^{2}}$

解题步骤 5.8.2

将 $2 x^{3} + x^{2} - 1 + 2 x^{3} + 2 x^{2}$ 和 $0$ 相加。

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

解题步骤 5.9

将 $2 x^{3}$ 和 $2 x^{3}$ 相加。

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

解题步骤 5.10

将 $x^{2}$ 和 $2 x^{2}$ 相加。

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

解题步骤 5.11

运用分配律。

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

解题步骤 5.12

化简。

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解题步骤 5.12.1

将 $4$ 乘以 $- 1$ 。

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

解题步骤 5.12.2

将 $3$ 乘以 $- 1$ 。

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

解题步骤 5.12.3

将 $- 1$ 乘以 $- 1$ 。

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

解题步骤 5.13

化简分母。

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解题步骤 5.13.1

将 $1$ 重写为 $1^{2}$ 。

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

解题步骤 5.13.2

因为两项都是完全平方数，所以使用平方差公式 $a^{2} - b^{2} = (a + b) (a - b)$ 进行因式分解，其中 $a = x$ 和 $b = 1$ 。

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

解题步骤 5.13.3

对 $(x + 1) (x - 1)$ 运用乘积法则。

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

解题步骤 5.14

将 $- 4 x^{3} - 3 x^{2} + 1$ 乘以 $\frac{1}{{(x + 1)}^{2} {(x - 1)}^{2} {(x^{2} + x + 1)}^{2}}$ 。

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

解题步骤 5.15

从 $- 4 x^{3}$ 中分解出因数 $- 1$ 。

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

解题步骤 5.16

从 $- 3 x^{2}$ 中分解出因数 $- 1$ 。

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

解题步骤 5.17

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

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

解题步骤 5.18

将 $1$ 重写为 $- 1 (- 1)$ 。

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

解题步骤 5.19

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

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

解题步骤 5.20

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

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

解题步骤 5.21

将负号移到分数的前面。

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

微积分学 示例

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