题目
设y = sin^2 x,求y 关于x 的8阶导数在x = 0 处的值y^(8)(0).
设
$y = \sin^2 x,$
求
$y$ 关于
$x$ 的8阶导数在
$x = 0$ 处的值
$y^{(8)}(0).$
题目解答
答案
将 $ y = \sin^2 x $ 转化为 $ y = \frac{1 - \cos 2x}{2} $。
求 $ y $ 的8阶导数:
$y^{(8)}(x) = \frac{1}{2} \left( 0 - (\cos 2x)^{(8)} \right)$
其中,$ (\cos 2x)^{(8)} = 2^8 \cos 2x = 256 \cos 2x $,故
$y^{(8)}(x) = \frac{1}{2} \left( -256 \cos 2x \right) = -128 \cos 2x$
在 $ x = 0 $ 处求值:
$y^{(8)}(0) = -128 \cos 0 = -128$
答案: $\boxed{-128}$
解析
本题考查三角函数的恒等变换以及高阶导数的计算。解题的关键思路是先利用三角函数的二倍角公式将函数$y = \sin^2 x$进行化简,然后再对化简后的函数求$8$阶导数,最后将$x = 0$代入$8$阶导数表达式中求出结果。
- 化简函数$y = \sin^2 x$:
根据三角函数的二倍角公式$\cos 2x = 1 - 2\sin^2 x$,移项可得$\sin^2 x=\frac{1 - \cos 2x}{2}$,所以$y = \frac{1 - \cos 2x}{2}$。 - 求$y$的$8$阶导数$y^{(8)}(x)$:
对$y = \frac{1 - \cos 2x}{2}$求导,根据求导的加法法则$(u+v)^\prime=u^\prime+v^\prime$,可得$y^\prime=\frac{1}{2}(0 - (\cos 2x)^\prime)$。
对于$(\cos 2x)^\prime$,根据复合函数求导法则$(f(g(x)))^\prime=f^\prime(g(x))\cdot g^\prime(x)$,令$u = 2x$,则$(\cos 2x)^\prime=-\sin 2x\cdot(2x)^\prime=-2\sin 2x$。
同理,求$n$阶导数时,$(\cos 2x)^{(n)} = 2^n \cos(2x + \frac{n\pi}{2})$,那么$(\cos 2x)^{(8)} = 2^8 \cos(2x + \frac{8\pi}{2}) = 2^8 \cos 2x = 256 \cos 2x$。
所以$y^{(8)}(x) = \frac{1}{2} \left( 0 - (\cos 2x)^{(8)} \right)=\frac{1}{2} \left( -256 \cos 2x \right) = -128 \cos 2x$。 - 求$y^{(8)}(0)$的值:
将$x = 0$代入$y^{(8)}(x) = -128 \cos 2x$中,可得$y^{(8)}(0) = -128 \cos 0$。
因为$\cos 0 = 1$,所以$y^{(8)}(0) = -128\times1 = -128$。