求下列每个式子关于 xx 的导数。

  1. (a)

    tan⁡−12+x3\tan^{-1} \sqrt{2 + x^3}

  2. (b)

    ln⁡(x1−x)\ln \left( \frac{x}{\sqrt{1 - x}} \right)

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完整解法

5(a)

1. Apply the derivative formula for the inverse tangent function using the chain rule.

Let y=tan⁡−12+x3y = \tan^{-1} \sqrt{2 + x^3}.
Using the chain rule,
dydx=11+(2+x3)2⋅ddx(2+x3)\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1 + (\sqrt{2 + x^3})^2} \cdot \frac{d}{dx} \left( \sqrt{2 + x^3} \right)

2. Differentiate the inner square root expression.

ddx((2+x3)12)=12(2+x3)−12⋅(3x2)\frac{d}{dx} \left( (2 + x^3)^{\frac{1}{2}} \right) = \frac{1}{2}(2 + x^3)^{-\frac{1}{2}} \cdot (3x^2)
=3x222+x3= \frac{3x^2}{2\sqrt{2 + x^3}}

3. Combine and simplify to obtain the final derivative.

dydx=11+2+x3⋅3x222+x3\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1 + 2 + x^3} \cdot \frac{3x^2}{2\sqrt{2 + x^3}}
=13+x3⋅3x222+x3= \frac{1}{3 + x^3} \cdot \frac{3x^2}{2\sqrt{2 + x^3}}
=3x22(3+x3)2+x3= \frac{3x^2}{2(3 + x^3)\sqrt{2 + x^3}}

答案

\frac{3x^2}{2(3 + x^3)\sqrt{2 + x^3}}

5(b)

1. Use logarithm properties to simplify the expression before differentiating.

ln⁡(x1−x)=ln⁡x−ln⁡(1−x)=ln⁡x−ln⁡((1−x)12)=ln⁡x−12ln⁡(1−x)\begin{aligned} \ln \left( \frac{x}{\sqrt{1 - x}} \right) &= \ln x - \ln(\sqrt{1 - x}) \\ &= \ln x - \ln((1 - x)^{\frac{1}{2}}) \\ &= \ln x - \frac{1}{2} \ln(1 - x) \end{aligned}

2. Differentiate the simplified expression term by term with respect to $x$.

ddx[ln⁡x−12ln⁡(1−x)]=1x−12(11−x)⋅ddx(1−x)=1x−12(11−x)⋅(−1)=1x+12(1−x)\begin{aligned} \frac{d}{dx} \left[ \ln x - \frac{1}{2} \ln(1 - x) \right] &= \frac{1}{x} - \frac{1}{2} \left( \frac{1}{1 - x} \right) \cdot \frac{d}{dx}(1 - x) \\ &= \frac{1}{x} - \frac{1}{2} \left( \frac{1}{1 - x} \right) \cdot (-1) \\ &= \frac{1}{x} + \frac{1}{2(1 - x)} \end{aligned}

3. Combine the terms into a single algebraic fraction.

1x+12(1−x)=2(1−x)+x2x(1−x)=2−2x+x2x(1−x)=2−x2x(1−x)\begin{aligned} \frac{1}{x} + \frac{1}{2(1 - x)} &= \frac{2(1 - x) + x}{2x(1 - x)} \\ &= \frac{2 - 2x + x}{2x(1 - x)} \\ &= \frac{2 - x}{2x(1 - x)} \end{aligned}

答案

2−x2x(1−x)\frac{2 - x}{2x(1 - x)}

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