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3.3 复合函数求导

导数及其运算与应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 复合函数求导是运用链式法则,将复合函数分解为内外层函数,逐层求导并相乘的过程。

从哪来 它建立在 8.1 数形结合 之上。通过数形结合,学生能直观理解“变量传递”的几何意义:外层函数变化率与内层函数变化率的乘积,对应了曲线切线斜率在复合变换下的累积效应,从而为代数化的链式法则提供几何直觉支撑。

为什么 复合函数 $y=f(g(x))$ 的变化率由两部分共同决定:内层函数 $u=g(x)$ 对 $x$ 的变化率(局部斜率),以及外层函数 $y=f(u)$ 对 $u$ 的变化率(整体斜率)。根据微分的线性性质,$dy = f'(u)du = f'(u) \cdot g'(x)dx$,因此总变化率是两者之积。这并非简单相加,而是“变化率的传递与放大”,体现了函数嵌套结构中变量依赖关系的链式传导机制。

“剥洋葱”分层法
将复合函数看作多层嵌套,从最外层开始逐层求导,每层求导后保留内层不变,最后将所有导数相乘。
适合:逻辑清晰、擅长结构化思维、对抽象符号操作较熟练的学生。
“变量替换”代入法
先令 $u=g(x)$,将原函数改写为 $y=f(u)$,分别对 $u$ 和 $x$ 求导,再代回原变量。
适合:对直接链式法则感到混乱、需要中间步骤辅助理解、偏好分步操作的学生。
“箭头流向”图示法
画出 $x \to u \to y$ 的箭头图,在每个箭头上标注对应导数,最终结果就是所有箭头导数的乘积。
适合:视觉型学习者、对纯代数推导易出错、需要直观图示辅助记忆的学生。
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练一道
基础题
求 $y = (3x^2 + 1)^5$ 的导数。
变式
求 $y = \sin(2x^3 - 1)$ 的导数。
试试手自己判
检测题
求 $y = e^{3x^2}$ 的导数。
看答案和判分标准
答案:$y' = 6x e^{3x^2}$。
判对标准:
- 正确识别外层为 $e^u$,内层为 $u=3x^2$;
- 外层导数为 $e^u$,内层导数为 $6x$;
- 最终结果为两者乘积,且 $u$ 已回代为 $3x^2$;
- 无多余项、无漏项、无符号错误。
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