1 利用导数定义推出:(1)(z^n)'=nz^n-1(n为正整数);(2)((1)/(z))'=-(1)/(z^2).
题目解答
答案
(1) 由导数定义,
$(z^n)' = \lim_{h \to 0} \frac{(z+h)^n - z^n}{h}$
展开 $(z+h)^n$ 得
$(z+h)^n = z^n + nz^{n-1}h + \cdots + h^n$
故
$(z^n)' = \lim_{h \to 0} \frac{nz^{n-1}h + \cdots}{h} = nz^{n-1}$
答案: $(z^n)' = nz^{n-1}$
(2) 由导数定义,
$\left(\frac{1}{z}\right)' = \lim_{h \to 0} \frac{\frac{1}{z+h} - \frac{1}{z}}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{-h}{z(z+h)h} = -\frac{1}{z^2}$
答案: $\left(\frac{1}{z}\right)' = -\frac{1}{z^2}$
$\boxed{\begin{array}{cc}\text{(1) } (z^n)' = nz^{n-1} \\\text{(2) } \left(\frac{1}{z}\right)' = -\frac{1}{z^2}\end{array}}$
解析
考查要点:本题主要考查利用导数定义推导基本函数的导数公式,涉及二项式展开和分式化简技巧,核心是理解导数定义中极限的运算过程。
解题思路:
- 第(1)题:通过二项式定理展开$(z+h)^n$,减去$z^n$后,所有含$h$的项均可提取$h$,取极限时高阶小项自动消失,最终保留首项系数。
- 第(2)题:对分式$\frac{1}{z+h} - \frac{1}{z}$通分后化简,分子分母约去$h$,再取极限时只需代入$h=0$即可。
第(1)题
根据导数定义展开
由导数定义:
$(z^n)' = \lim_{h \to 0} \frac{(z+h)^n - z^n}{h}$
二项式展开$(z+h)^n$
根据二项式定理:
$(z+h)^n = z^n + \binom{n}{1}z^{n-1}h + \binom{n}{2}z^{n-2}h^2 + \cdots + h^n$
代入并化简
将展开式代入导数定义:
$(z^n)' = \lim_{h \to 0} \frac{ \left[ z^n + nz^{n-1}h + \cdots + h^n \right] - z^n }{h} = \lim_{h \to 0} \frac{nz^{n-1}h + \cdots + h^n}{h}$
提取公因子$h$
分子提取$h$后:
$(z^n)' = \lim_{h \to 0} \left( nz^{n-1} + \binom{n}{2}z^{n-2}h + \cdots + h^{n-1} \right)$
取极限
当$h \to 0$时,所有含$h$的项趋近于$0$,最终结果为:
$(z^n)' = nz^{n-1}$
第(2)题
根据导数定义展开
由导数定义:
$\left( \frac{1}{z} \right)' = \lim_{h \to 0} \frac{ \frac{1}{z+h} - \frac{1}{z} }{h}$
分子通分
通分后分子为:
$\frac{1}{z+h} - \frac{1}{z} = \frac{z - (z+h)}{z(z+h)} = \frac{-h}{z(z+h)}$
代入并化简
代入导数定义:
$\left( \frac{1}{z} \right)' = \lim_{h \to 0} \frac{ -h }{ z(z+h) \cdot h } = \lim_{h \to 0} \frac{ -1 }{ z(z+h) }$
取极限
当$h \to 0$时,$z+h \to z$,因此:
$\left( \frac{1}{z} \right)' = -\frac{1}{z^2}$