题目
8.设f(x)=(x^2027)/(x-1),则f^(2027)(x)=____.
8.设$f(x)=\frac{x^{2027}}{x-1}$,则$f^{(2027)}(x)=$____.
题目解答
答案
令 $ y = x - 1 $,则 $ f(x) = \frac{(y+1)^{2027}}{y} $。展开得
$(y+1)^{2027} = \sum_{k=0}^{2027} \binom{2027}{k} y^k,$
故
$f(x) = \sum_{k=0}^{2027} \binom{2027}{k} y^{k-1} = \frac{1}{y} + \sum_{k=1}^{2027} \binom{2027}{k} y^{k-1}.$
对 $ f(x) $ 求 2027 阶导数,仅 $ \frac{1}{y} $ 项贡献非零结果,其余多项式项导数为 0。
$\left( \frac{1}{y} \right)^{(2027)} = \left( \frac{1}{x-1} \right)^{(2027)} = -\frac{2027!}{(x-1)^{2028}}.$
答案: $\boxed{-\frac{2027!}{(x-1)^{2028}}}$
解析
本题考查函数高阶导数的计算,解题思路是通过换元法将原函数化简,再利用二项式定理展开,最后根据求导法则计算高阶导数。
- 换元化简函数:
令$y = x - 1$,则$x = y + 1$,原函数$f(x)=\frac{x^{2027}}{x - 1}$可化为$f(x)=\frac{(y + 1)^{2027}}{y}$。 - 利用二项式定理展开$(y + 1)^{2027}$:
根据二项式定理$(a+b)^n=\sum_{k = 0}^{n}\binom{n}{k}a^{n - k}b^{k}$,可得$(y + 1)^{2027}=\sum_{k = 0}^{2027}\binom{2027}{k}y^{k}$。
所以$f(x)=\frac{\sum_{k = 0}^{2027}\binom{2027}{k}y^{k}}{y}=\sum_{k = 0}^{2027}\binom{2027}{k}y^{k - 1}=\frac{1}{y}+\sum_{k = 1}^{2027}\binom{2027}{k}y^{k - 1}$。 - 求$f(x)$的$2027$阶导数:
对于多项式函数$\sum_{k = 1}^{2027}\binom{2027}{k}y^{k - 1}$,其最高次幂为$2026$次,求$2027$阶导数后结果为$0$。
因此,$f^{(2027)}(x)$仅由$\frac{1}{y}$项贡献非零结果。
将$y = x - 1$代回$\frac{1}{y}$,得到$\frac{1}{x - 1}$。 - 求$\frac{1}{x - 1}$的$2027$阶导数:
先求$\frac{1}{x - 1}=(x - 1)^{-1}$的一阶导数,根据求导公式$(x^n)^\prime=nx^{n - 1}$,可得$(x - 1)^{-1}$的一阶导数为$-(x - 1)^{-2}$。
二阶导数为$(-1)\times(-2)(x - 1)^{-3}=(-1)^2\times2!(x - 1)^{-3}$。
三阶导数为$(-1)^2\times2!\times(-3)(x - 1)^{-4}=(-1)^3\times3!(x - 1)^{-4}$。
以此类推,$(x - 1)^{-1}$的$n$阶导数为$(-1)^n\times n!(x - 1)^{-(n + 1)}$。
所以$(\frac{1}{x - 1})^{(2027)}=(-1)^{2027}\times2027!(x - 1)^{-(2027 + 1)}=-\frac{2027!}{(x - 1)^{2028}}$。