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4. 复合函数求导

函数的性质、导数及其应用 · 高三
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,分别求导后相乘的过程。

从哪来 它建立在集合的概念与表示之上。复合函数 $y=f(g(x))$ 的本质是定义域与值域的映射复合,理解其结构需先厘清集合间映射关系的定义域限制及对应法则的层级。

为什么 复合函数求导遵循链式法则,是因为变化率的传递性。当自变量 $x$ 发生微小变化 $\Delta x$ 时,中间变量 $u=g(x)$ 随之变化 $\Delta u$,进而引起因变量 $y=f(u)$ 变化 $\Delta y$。根据极限定义,$\frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du} \cdot \frac{du}{dx}$。这体现了“整体变化率等于各层级变化率的乘积”,而非简单相加,因为每一层的变化都依赖于前一层的变化幅度。

“洋葱剥皮法”
将复合函数看作多层洋葱,从外向内逐层剥离。先对最外层函数求导(保留内层不变),再对下一层求导,最后将所有导数项相乘。
适合:形象思维强、逻辑抽象能力稍弱、容易混淆内外层关系的学生。
“变量代换法”
引入中间变量 $u$,将 $y=f(g(x))$ 改写为 $y=f(u), u=g(x)$。分别计算 $\frac{dy}{du}$ 和 $\frac{du}{dx}$,最后相乘。强调符号的严谨性,避免跳步。
适合:逻辑严密、偏好代数推导、对符号运算敏感的学生。
“结构识别法”
训练学生快速识别复合函数的“骨架”。例如 $e^{x^2}$ 的骨架是 $e^u$,$\sin(x^2)$ 的骨架是 $\sin(u)$。先确定外层函数类型,再确定内层函数,最后套用对应公式。
适合:解题速度快、直觉敏锐、需要提升解题效率的高分学生。
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练一道
基础题
求 $y = (3x+1)^5$ 的导数。
变式
求 $y = \ln(\sqrt{x} + 1)$ 的导数。
试试手自己判
检测题
求 $y = \cos(2x^3)$ 的导数。
看答案和判分标准
答案:$y' = -6x^2 \sin(2x^3)$
判对标准:
1. 外层导数正确:$-\sin(2x^3)$。
2. 内层导数正确:$(2x^3)' = 6x^2$。
3. 两者相乘且符号正确。
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