題目
Problem
一、填充題:共 8 題,每題 8 分,共 64 分。
- Find f′(−1) if f(x)=eg(x) and g(x)=tan−1(x2)+∫1x2sec(t−1)dt.
解答
解法一:萊布尼茲基本定理與連鎖律
思路
展開
- 本題要求複合函數 f(x)=eg(x) 在 x=−1 處的導數。
- 根據連鎖律(Chain Rule):
f′(x)=eg(x)⋅g′(x)⟹f′(−1)=eg(−1)⋅g′(−1)
- 第一步:計算 g(−1):
g(−1)=tan−1((−1)2)+∫1(−1)2sec(t−1)dt=tan−1(1)+∫11sec(t−1)dt=4π+0=4π
- 第二步:求 g′(x):
根據微積分基本定理(Leibniz’s Rule / FTC):
dxd∫1h(x)w(t)dt=w(h(x))⋅h′(x)
將其應用於 g(x):
g′(x)=dxd[tan−1(x2)]+sec(x2−1)⋅dxd(x2)
=1+(x2)22x+sec(x2−1)⋅2x=1+x42x+2xsec(x2−1)
- 第三步:計算 g′(−1):
g′(−1)=1+(−1)42(−1)+2(−1)sec((−1)2−1)=2−2−2sec(0)=−1−2=−3
- 代回 f′(−1)=eπ/4⋅(−3)=−3eπ/4。
答題過程
展開
給定函數為:
f(x)=eg(x)其中g(x)=tan−1(x2)+∫1x2sec(t−1)dt
根據微分連鎖律(Chain Rule),對 f(x) 求導得:
f′(x)=eg(x)⋅g′(x)
因此在 x=−1 處的導數為:
f′(−1)=eg(−1)⋅g′(−1)
我們分別計算 g(−1) 與 g′(−1):
1. 計算 g(−1)
將 x=−1 代入 g(x):
g(−1)=tan−1((−1)2)+∫1(−1)2sec(t−1)dt
=tan−1(1)+∫11sec(t−1)dt
由於定積分的上下限相同,該積分值為 0:
g(−1)=4π+0=4π
2. 計算 g′(−1)
我們對 g(x) 關於 x 求導。
第一項使用 tan−1(u) 求導公式,第二項使用微積分基本定理與連鎖律:
g′(x)=dxd[tan−1(x2)]+dxd[∫1x2sec(t−1)dt]
=1+(x2)21⋅(2x)+sec(x2−1)⋅(2x)
=1+x42x+2xsec(x2−1)
現在將 x=−1 代入 g′(x):
g′(−1)=1+(−1)42(−1)+2(−1)sec((−1)2−1)
=2−2−2sec(0)
由於 sec(0)=cos(0)1=1:
g′(−1)=−1−2(1)=−3
3. 計算 f′(−1)
代回連鎖律公式:
f′(−1)=eg(−1)⋅g′(−1)=e4π⋅(−3)=−3e4π
結論:
2. 填入 −3e4π。