題目
Problem
3. (1) Given function f(x)=2x2. Find the derivative f′(2). (5%)
(2) Given function g(x)=x2x. Find the derivative g′(2). (5%)
解答
解法一
思路
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本題考察指數函數與冪指函數的求導。
(1) 求 f′(2) 於 f(x)=2x2
- 我們可以使用公式 dxdau(x)=au(x)lna⋅u′(x),或是先化為 e 底數形式:
f(x)=ex2ln2
求導得:
f′(x)=ex2ln2⋅(2xln2)=2x2⋅2xln2
- 代入 x=2 計算。
(2) 求 g′(2) 於 g(x)=x2x
- 由於底數與指數都包含變數 x,這是一個冪指函數,必須使用對數求導法或將其改寫成自然指數底 e 形式:
g(x)=eln(x2x)=e2xlnx
- 使用連鎖律與乘積法則求導:
g′(x)=e2xlnx⋅dxd(2xlnx)=x2x(2xln2⋅lnx+2x⋅x1)
- 代入 x=2 計算。
答題過程
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(1) 求解 f′(2) 於 f(x)=2x2
我們將函數改寫為以 e 為底的自然指數形式:
f(x)=eln(2x2)=ex2ln2
使用連鎖律對其求導:
f′(x)=ex2ln2⋅dxd(x2ln2)=2x2⋅(2xln2)
我們將 x=2 代入一階導函數:
f′(2)=222⋅(2⋅2ln2)=24⋅(4ln2)=16⋅4ln2=64ln2
(2) 求解 g′(2) 於 g(x)=x2x
同樣地,我們將冪指函數改寫為以 e 為底的自然指數形式:
g(x)=eln(x2x)=e2xlnx
利用連鎖律與乘積法則求導:
g′(x)=e2xlnx⋅dxd(2xlnx)
我們單獨計算括號內的導數:
dxd(2xlnx)=(2xln2)lnx+2x(x1)=2x(ln2lnx+x1)
因此導函數為:
g′(x)=x2x⋅2x(ln2lnx+x1)
現在,我們將 x=2 代入導函數中:
g′(2)====222⋅22(ln2ln2+21)24⋅4((ln2)2+21)64((ln2)2+21)64(ln2)2+32
結論:
- (1) f′(2)=64ln2
- (2) g′(2)=64(ln2)2+32