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数学
题目

已知函数f(x)具有任意阶导数,且f'(x)=[f(x)]^2,则当n为大于2的正整数时,f(x)的n阶导数f^(n)(x)是(  )A. n![f(x)]^n+1B. n[f(x)]^n+1C. [f(x)]^2nD. n![f(x)]^2n

已知函数$$f(x)$$具有任意阶导数,且$$f'(x)=[f(x)]^2$$,则当n为大于2的正整数时,$$f(x)$$的n阶导数$$f^{(n)}(x)$$是(  )
A. $$n![f(x)]^{n+1}$$
B. $$n[f(x)]^{n+1}$$
C. $$[f(x)]^{2n}$$
D. $$n![f(x)]^{2n}$$

题目解答

答案

解析

考查要点:本题主要考查高阶导数的求解规律及归纳推理能力。关键在于通过逐次求导发现导数表达式中的阶乘与幂次的规律,并利用数学归纳法证明其普遍性。

解题核心思路:

  1. 逐次求导:从一阶导数开始,逐步计算二阶、三阶导数,观察阶乘与幂次的变化规律。
  2. 归纳猜想:通过前几阶导数的结果,猜想一般形式为$f^{(n)}(x) = n! [f(x)]^{n+1}$。
  3. 数学归纳法:严格证明猜想对任意正整数$n$成立。

破题关键点:

  • 链式法则的应用:每次求导时,需将$f'(x) = [f(x)]^2$代入,形成递推关系。
  • 阶乘与幂次的关联:每阶导数的系数为阶乘,幂次为阶数加1。

步骤1:计算前几阶导数,寻找规律

  1. 一阶导数:
    $f'(x) = [f(x)]^2 = 1! [f(x)]^{1+1}$
  2. 二阶导数:
    $f''(x) = \frac{d}{dx}[f'(x)] = \frac{d}{dx}[f(x)]^2 = 2f(x)f'(x) = 2f(x) \cdot [f(x)]^2 = 2! [f(x)]^{2+1}$
  3. 三阶导数:
    $f'''(x) = \frac{d}{dx}[f''(x)] = \frac{d}{dx}[2[f(x)]^3] = 6[f(x)]^2 \cdot f'(x) = 6[f(x)]^2 \cdot [f(x)]^2 = 6[f(x)]^4 = 3! [f(x)]^{3+1}$

步骤2:归纳猜想一般形式

通过前3阶导数可得规律:
$f^{(n)}(x) = n! [f(x)]^{n+1}$

步骤3:数学归纳法证明

归纳基础:当$n=1$时,$f'(x) = 1! [f(x)]^{1+1}$,成立。
归纳假设:假设当$n=k$时,$f^{(k)}(x) = k! [f(x)]^{k+1}$成立。
归纳递推:当$n=k+1$时,
$\begin{aligned}f^{(k+1)}(x) &= \frac{d}{dx}[f^{(k)}(x)] \\&= \frac{d}{dx}\left[ k! [f(x)]^{k+1} \right] \\&= k! \cdot (k+1) [f(x)]^{k} \cdot f'(x) \\&= k! \cdot (k+1) [f(x)]^{k} \cdot [f(x)]^2 \\&= (k+1)! [f(x)]^{(k+1)+1}\end{aligned}$
因此,猜想对$n=k+1$成立。由数学归纳法,命题对所有正整数$n$成立。

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