让我们将学到的法则应用到练习中。计算导数初看起来可能有些抽象,但就像学习任何新技能一样,多加练习会使其变得具体得多。我们将使用刚刚讲解过的法则:常数法则、幂法则和和法则。理解导数的计算涉及以下概念和法则:导数表示瞬时变化率,或者函数图线在任意给定点的斜率。常数法则: 常数 $c$ 的导数是0。如果 $f(x) = c$,则 $f'(x) = 0$。幂法则: $x^n$ 的导数是 $nx^{n-1}$。如果 $f(x) = ax^n$,则 $f'(x) = a \cdot nx^{n-1}$。和法则: 项之和的导数是它们各自导数的和。如果 $f(x) = g(x) + h(x)$,则 $f'(x) = g'(x) + h'(x)。让我们一起来做一些例子。例子1:常数函数求函数 $f(x) = 15$ 的导数。确定法则: 这个函数是一个常数值。它不依赖于 $x$。所以,我们使用常数法则。应用法则: 任何常数的导数都是0。结果: $$ f'(x) = 0 $$说明: $y = 15$ 的图线是一条水平线。它的斜率始终是0,这意味着当 $x$ 变化时,其值不变。例子2:简单幂函数设 $y = x^5$。求导数 $\frac{dy}{dx}$。确定法则: 这属于 $x^n$ 的形式,其中 $n=5$。我们使用幂法则。应用法则: 将指数($n=5$)作为乘数移到前面,并将指数减1($n-1 = 5-1 = 4$)。结果: $$ \frac{dy}{dx} = 5x^{5-1} = 5x^4 $$说明: $y = x^5$ 的图线斜率并非不变。它取决于 $x$ 的值。例如,在 $x=1$ 处,斜率为 $5(1)^4 = 5$。在 $x=2$ 处,斜率为 $5(2)^4 = 5 \times 16 = 80$。例子3:带有系数的幂函数求 $g(x) = 4x^3$ 的导数。确定法则: 这是一个常数($4$)乘以一个幂函数($x^3$)。我们使用幂法则,并考虑常数在微分过程中可以“通过”这一事实。应用法则: 保持常数 $4$。对 $x^3$ 应用幂法则(将3移到前面,指数减为2)。然后相乘。结果: $$ g'(x) = 4 \cdot (3x^{3-1}) = 4 \cdot (3x^2) = 12x^2 $$例子4:法则的结合——多项式让我们求多项式函数 $h(x) = 2x^3 + 7x^2 - 5x + 1$ 的导数。确定法则: 这个函数是若干项的和。我们使用和法则分别对每一项进行微分。每一项都包含常数和 $x$ 的幂,因此我们也会使用常数法则和幂法则。应用法则(逐项):$2x^3$ 的导数:应用幂法则。 $2 \cdot (3x^{3-1}) = 6x^2$。$7x^2$ 的导数:应用幂法则。 $7 \cdot (2x^{2-1}) = 14x^1 = 14x$。$-5x$ 的导数:记住 $x$ 是 $x^1$。应用幂法则。 $-5 \cdot (1x^{1-1}) = -5 \cdot (1x^0) = -5 \cdot (1) = -5$。(回忆 $x^0 = 1$)。$1$ 的导数:这是一个常数。应用常数法则。导数是 $0$。组合结果(使用和法则): 将每一项的导数相加。结果: $$ h'(x) = 6x^2 + 14x - 5 + 0 = 6x^2 + 14x - 5 $$例子5:带有分数指数的函数求 $f(x) = 8\sqrt{x}$ 的导数。重写函数: 首先,使用分数指数重写平方根会很有帮助。请记住 $\sqrt{x} = x^{1/2}$。所以,$f(x) = 8x^{1/2}$。确定法则: 现在它看起来像一个常数乘以一个幂函数。我们使用幂法则,其中 $n = 1/2$。应用法则: 保持常数 $8$。对 $x^{1/2}$ 应用幂法则。将指数 $1/2$ 移到前面,并从指数中减去1($1/2 - 1 = -1/2$)。结果: $$ f'(x) = 8 \cdot (\frac{1}{2} x^{1/2 - 1}) = 8 \cdot (\frac{1}{2} x^{-1/2}) = 4x^{-1/2} $$可选简化: 你也可以使用根式表示为:$4x^{-1/2} = \frac{4}{x^{1/2}} = \frac{4}{\sqrt{x}}$。$4x^{-1/2}$ 和 $\frac{4}{\sqrt{x}}$ 都是导数的正确表示形式。自己动手尝试现在轮到你了。使用我们讨论过的法则来求以下函数的导数。如果需要多试几次也没关系,目标是让你熟悉这些方法。$f(x) = -50$$y = x^{10}$$g(t) = 6t^4 - 3t^2 + 9t$(用 $t$ 代替 $x$ 不会改变法则!)$h(x) = \frac{1}{3}x^3 + \frac{1}{2}x^2 + x$$f(z) = z^2 - 7$慢慢来,逐项计算。检查你是否正确应用了常数法则、幂法则和和法则。计算导数是一个基础运算,熟悉这些基本法则对我们后续学习优化将非常有帮助。