题目
题型说明:计算下列各题,注意步骤的完整性!5.(8.0分)求函数y=ln(x+sqrt(1+x^2))的微分dy。
题型说明:计算下列各题,注意步骤的完整性!
5.(8.0分)
求函数$y=\ln(x+\sqrt{1+x^{2}})$的微分dy。
题目解答
答案
设 $ y = \ln(x + \sqrt{1 + x^2}) $,则
$y' = \frac{1}{x + \sqrt{1 + x^2}} \cdot \left(1 + \frac{x}{\sqrt{1 + x^2}}\right) = \frac{1}{\sqrt{1 + x^2}}$
由微分定义 $ dy = y' \, dx $,得
$dy = \frac{1}{\sqrt{1 + x^2}} \, dx$
或者表示为
$dy = \frac{dx}{\sqrt{1 + x^2}}$
答案:
$\boxed{\frac{1}{\sqrt{1 + x^2}} \, dx}$(或$\boxed{\frac{dx}{\sqrt{1 + x^2}}}$)
解析
本题考查复合函数求导以及微分的计算。解题思路是先根据复合函数求导法则求出函数$y=\ln(x+\sqrt{1+x^{2}})$的导数$y'$,再根据微分的定义$dy = y' \, dx$求出函数的微分$dy$。
- 求$y'$:
设$u = x + \sqrt{1 + x^2}$,则$y = \ln u$。
根据复合函数求导法则$\frac{dy}{dx}=\frac{dy}{du}\cdot\frac{du}{dx}$,先分别求$\frac{dy}{du}$和$\frac{du}{dx}$。- 对$y = \ln u$关于$u$求导,根据对数函数求导公式$(\ln x)^\prime=\frac{1}{x}$,可得$\frac{dy}{du}=\frac{1}{u}$。
- 对$u = x + \sqrt{1 + x^2}$关于$x$求导,根据加法求导法则$(u+v)^\prime=u^\prime+v^\prime$,分别求$x$和$\sqrt{1 + x^2}$的导数。
- 对$x$求导,根据求导公式$(x^n)^\prime=nx^{n - 1}$,可得$(x)^\prime = 1$。
- 对$\sqrt{1 + x^2}=(1 + x^2)^{\frac{1}{2}}$求导,设$t = 1 + x^2$,则$(1 + x^2)^{\frac{1}{2}}=t^{\frac{1}{2}}$。
根据复合函数求导法则$\frac{d}{dx}(t^{\frac{1}{2}})=\frac{d}{dt}(t^{\frac{1}{2}})\cdot\frac{dt}{dx}$,先分别求$\frac{d}{dt}(t^{\frac{1}{2}})$和$\frac{dt}{dx}$。- 对$t^{\frac{1}{2}}$关于$t$求导,根据求导公式$(x^n)^\prime=nx^{n - 1}$,可得$\frac{d}{dt}(t^{\frac{1}{2}})=\frac{1}{2}t^{-\frac{1}{2}}$。
- 对$t = 1 + x^2$关于$x$求导,根据加法求导法则$(u+v)^\prime=u^\prime+v^\prime$,可得$\frac{dt}{dx}=(1 + x^2)^\prime=(1)^\prime+(x^2)^\prime=0 + 2x = 2x$。
所以$\frac{d}{dx}((1 + x^2)^{\frac{1}{2}})=\frac{1}{2}t^{-\frac{1}{2}}\cdot 2x=\frac{1}{2}(1 + x^2)^{-\frac{1}{2}}\cdot 2x=\frac{x}{\sqrt{1 + x^2}}$。
则$\frac{du}{dx}=(x + \sqrt{1 + x^2})^\prime=(x)^\prime+(\sqrt{1 + x^2})^\prime=1 + \frac{x}{\sqrt{1 + x^2}}$。
- 所以$y^\prime=\frac{dy}{dx}=\frac{dy}{du}\cdot\frac{du}{dx}=\frac{1}{u}\cdot(1 + \frac{x}{\sqrt{1 + x^2}})=\frac{1}{x + \sqrt{1 + x^2}}\cdot(1 + \frac{x}{\sqrt{1 + x^2}})$。
对$\frac{1}{x + \sqrt{1 + x^2}}\cdot(1 + \frac{x}{\sqrt{1 + x^2}})$进行化简:
$\begin{align*}\frac{1}{x + \sqrt{1 + x^2}}\cdot(1 + \frac{x}{\sqrt{1 + x^2}})&=\frac{1}{x + \sqrt{1 + x^2}}\cdot\frac{\sqrt{1 + x^2}+x}{\sqrt{1 + x^2}}\\&=\frac{1}{\sqrt{1 + x^2}}\end{align*}$
- 求$dy$:
根据微分的定义$dy = y' \, dx$,将$y^\prime=\frac{1}{\sqrt{1 + x^2}}$代入可得$dy = \frac{1}{\sqrt{1 + x^2}} \, dx$,也可表示为$dy = \frac{dx}{\sqrt{1 + x^2}}$。