求導法(DSE M2):求導法則、基本原理及隱函數求導

導數 dy/dx 是當 h → 0 時 [f(x + h) − f(x)] / h 的極限,即切線的斜率。在 DSE M2 中,除了運用積法則、商法則及鏈式法則外,還須懂得由基本原理求導、隱函數求導及對數求導法。

用 AI 逐步解求導法題目
隱函數曲線 x³ − 3xy + y³ = 3 及其在點 (2, 1) 的切線的 GeoGebra 圖像
例題 1 的曲線 x³ − 3xy + y³ = 3 及其在 (2, 1) 的切線 y = 3x − 5。 自己試試 →

求導公式(DSE M2)

基本原理f′(x) = limh→0 [f(x + h) − f(x)] / h
冪、指數、對數(xⁿ)′ = nxⁿ⁻¹, (eˣ)′ = eˣ, (ln x)′ = 1/x
三角函數(sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x, (tan x)′ = sec² x
積法則(uv)′ = u′v + uv′
商法則(u/v)′ = (u′v − uv′) / v²
鏈式法則dy/dx = (dy/du)(du/dx)
其他底(aˣ)′ = aˣ ln a, (loga x)′ = 1 / (x ln a)

隱函數求導:逐步做法

  1. 把等式兩邊對 x 求導。
  2. 每當對含 y 的項求導,都要乘以 dy/dx:d(y³)/dx = 3y² · dy/dx。
  3. xy 這類項是乘積:d(xy)/dx = y + x · dy/dx。
  4. 把含 dy/dx 的項移到同一邊,再提取公因式。
  5. 最後才代入點的坐標。

當函數是多個冪的乘積或商時,可用對數求導法:兩邊取 ln,用對數定律化簡,再作隱函數求導,最後乘以 y。

求導法例題詳解

例題 1:隱函數求導及某點的切線

曲線的方程為 x³ − 3xy + y³ = 3。求 dy/dx 及曲線在點 (2, 1) 的切線方程。

  1. 兩邊求導:3x² − 3y − 3x(dy/dx) + 3y²(dy/dx) = 0
  2. (y² − x)(dy/dx) = y − x²
  3. dy/dx = (y − x²) / (y² − x)
  4. 在 (2, 1):dy/dx = (1 − 4) / (1 − 2) = 3
  5. 切線:y − 1 = 3(x − 2),即 y = 3x − 5

答案: dy/dx = (y − x²) / (y² − x); y = 3x − 5

例題 2:由基本原理求導

由基本原理求 f(x) = √x 的導數。

  1. f′(x) = limh→0 [√(x + h) − √x] / h
  2. 分子分母同乘 √(x + h) + √x:分子變成 (x + h) − x = h
  3. f′(x) = limh→0 1 / (√(x + h) + √x)
  4. f′(x) = 1 / (2√x)

答案: f′(x) = 1 / (2√x)

💡 應試陷阱與秘訣 (DSE 奪星陷阱)

⚠️ 漏掉鏈式法則的因子d/dx (sin 3x) = 3 cos 3x,而不是 cos 3x。對外層函數求導後,必須乘以內層函數的導數。
⚠️ 由基本原理求導必須寫出極限若題目要求「由基本原理」,直接用冪法則不會得分。須寫出極限定義,化簡至可約去 h,而且在取極限之前,每一行都要保留 lim 符號。

✏️ 自我測試:互動練習

溫習方法:點擊以下任何題目,即時在坐標網格載入並核對計算步驟。

(積法則及鏈式法則)求 y = x² e^(3x) sin x 的導數。
(隱函數求導)若 x² + xy + y² = 7,求 dy/dx 及在 (1, 2) 的斜率。
(基本原理)由基本原理求 f(x) = 1/x 的導數。

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