2.1 公式表述
若函数 u(x) 和 v(x) 在点 x 处可导,则它们的乘积 y = u(x)v(x) 也可导,且满足:
[u(x)v(x)]' = u'(x)v(x) + u(x)v'(x)
或者使用莱布尼茨符号表示为:
(uv)' = u'v + uv'
记忆口诀:“前导后不导,加上前不导后导”。
2.2 严谨推导过程
为了深入理解这一公式,我们需要从导数的极限定义出发进行推导。这是理解微积分逻辑的关键一步。
步骤 1:根据导数定义写出增量比
y' = lim(Δx→0) [ (u(x+Δx)v(x+Δx) - u(x)v(x)) / Δx ]
步骤 2:构造关键项(加一项减一项)
为了分离出 u 和 v 的导数,我们在分子中减去并加上 u(x+Δx)v(x)。这是一个经典的数学技巧:
Numerator = u(x+Δx)v(x+Δx) - u(x+Δx)v(x) + u(x+Δx)v(x) - u(x)v(x)
步骤 3:分组分解
将分子分为两组:
= u(x+Δx)[v(x+Δx) - v(x)] + v(x)[u(x+Δx) - u(x)]
步骤 4:代入极限并计算
将分组后的分子代回极限表达式:
y' = lim(Δx→0) { u(x+Δx)·[v(x+Δx)-v(x)]/Δx + v(x)·[u(x+Δx)-u(x)]/Δx }
根据极限的运算法则,我们可以分别求极限:
- 第一项:lim(u(x+Δx)) · lim([v(x+Δx)-v(x)]/Δx)。由于 v 可导,故 v 连续,所以 lim(u(x+Δx)) = u(x)。后一部分即为 v'(x)。
- 第二项:lim(v(x)) · lim([u(x+Δx)-u(x)]/Δx)。后一部分即为 u'(x)。
结论:
y' = u(x)v'(x) + v(x)u'(x)
推导完毕。这个过程展示了两个函数求导公式推导的严密逻辑,强调了“加一项减一项”技巧在微积分中的重要性。