題目
Problem
第二部份:計算題(共 50 分)
- Short questions, you just need to give the final answer in each part.(此大題請直接填寫答案,不需要提供過程說明)
(a) (5%) f(x2+1x2−1)=x, x>0. Find f′(0).
(b) (5%) f(x)=(lnx)1/x, x>0. Find f′(e).
(c) (5%) f(x)=(lnx)1/x, x>0. Find x→∞limf(x).
(d) (5%) f(x)=1+cos(x)1−cos(x). Find f′(x).
解答
(a)
解法一
思路
展開
f(x2+1x2−1)=x 是隱函數形式。對兩邊關於 x 求導,再找 t=0 對應的 x 值,代入即可得 f′(0)。
答題過程
展開
令 t=x2+1x2−1,則 f(t)=x,兩邊對 x 求導:
f′(t)⋅dxdt=1
計算 dxdt(商的微分法):
dxdt=(x2+1)22x(x2+1)−(x2−1)⋅2x=(x2+1)24x
t=0 時,x2+1x2−1=0⇒x=1(取 x>0),代入:
f′(0)⋅(1+1)24⋅1=1⟹f′(0)=1
(b)
解法一
思路
展開
f(x)=(lnx)1/x 是底數和指數都含 x 的函數,必須先取對數再微分(對數微分法)。取對數後 lnf=xln(lnx),用商的微分法處理右邊,再乘回 f(x) 即可。
答題過程
展開
取對數:lnf(x)=xln(lnx),兩邊對 x 求導:
f(x)f′(x)=x2lnx1⋅x1⋅x−ln(lnx)=x2lnx1−ln(lnx)
乘回 f(x)=(lnx)1/x,代入 x=e(此時 lne=1,ln(lne)=ln1=0):
f′(e)=(lne)1/e⋅e2⋅111−0=1⋅e21=e−2
(c)
解法一
思路
展開
(lnx)1/x 的指數 1/x→0,但底數 lnx→∞,屬於 ∞0 的不定型。取指數形式,將問題化為求 limx→∞xln(lnx),用 L’Hôpital 法則可以確認這個極限為 0。
答題過程
展開
x→∞lim(lnx)1/x=exp(x→∞limxln(lnx))
用 L’Hôpital 法則:
x→∞limxln(lnx)=Lx→∞lim1xlnx1=0
故 limx→∞f(x)=e0=1。
(d)
解法一
思路
展開
f(x)=1+cosx1−cosx 是標準的商,直接用商的微分法。分子對 x 的導數是 sinx,分母的導數是 −sinx,注意符號。
答題過程
展開
用商的微分法:
f′(x)===(1+cosx)2sinx(1+cosx)−(1−cosx)(−sinx)(1+cosx)2sinx+sinxcosx+sinx−sinxcosx(1+cosx)22sinx