求 f′(x)f'(x),其中 f(x)=ln⁡(x+1+x2)f(x) = \ln\bigl(x + \sqrt{1 + x^2}\bigr),并将你的答案化为最简形式。 求 g′(x)g'(x),其中 g(x)=tan⁡−1 ⁣(2+x1−2x)g(x) = \tan^{-1}\!\left(\dfrac{2 + x}{1 - 2x}\right),并将你的答案化为最简形式。

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完整解法

2(a)

1. Differentiate the outer natural logarithm function using the chain rule.

f′(x)=1x+1+x2⋅ddx(x+1+x2)f'(x) = \frac{1}{x + \sqrt{1 + x^2}} \cdot \frac{d}{dx}\left(x + \sqrt{1 + x^2}\right)

2. Differentiate the inner expression.

ddx(x+(1+x2)12)=1+12(1+x2)−12(2x)=1+x1+x2\frac{d}{dx}\left(x + (1 + x^2)^{\frac{1}{2}}\right) = 1 + \frac{1}{2}(1 + x^2)^{-\frac{1}{2}}(2x) = 1 + \frac{x}{\sqrt{1 + x^2}}

3. Substitute the inner derivative back and simplify the full expression.

f′(x)=1x+1+x2(1+x1+x2)=1x+1+x2(1+x2+x1+x2)=11+x2\begin{aligned} f'(x) &= \frac{1}{x + \sqrt{1 + x^2}} \left( 1 + \frac{x}{\sqrt{1 + x^2}} \right) \\ &= \frac{1}{x + \sqrt{1 + x^2}} \left( \frac{\sqrt{1 + x^2} + x}{\sqrt{1 + x^2}} \right) \\ &= \frac{1}{\sqrt{1 + x^2}} \end{aligned}

答案

11+x2\dfrac{1}{\sqrt{1 + x^2}}

2(b)

1. Differentiate $g(x)$ using the chain rule and the quotient rule.

g′(x)=11+(2+x1−2x)2⋅(1−2x)(1)−(2+x)(−2)(1−2x)2g'(x) = \frac{1}{1 + \left(\frac{2 + x}{1 - 2x}\right)^2} \cdot \frac{(1 - 2x)(1) - (2 + x)(-2)}{(1 - 2x)^2}

2. Simplify the expression by evaluating the derivative of the quotient.

g′(x)=11+(2+x)2(1−2x)2⋅1−2x+4+2x(1−2x)2g'(x) = \frac{1}{1 + \frac{(2 + x)^2}{(1 - 2x)^2}} \cdot \frac{1 - 2x + 4 + 2x}{(1 - 2x)^2}
g′(x)=1(1−2x)2+(2+x)2(1−2x)2⋅5(1−2x)2g'(x) = \frac{1}{\frac{(1 - 2x)^2 + (2 + x)^2}{(1 - 2x)^2}} \cdot \frac{5}{(1 - 2x)^2}

3. Combine the fractions and expand the denominator to reach the simplest form.

g′(x)=(1−2x)2(1−2x)2+(2+x)2⋅5(1−2x)2g'(x) = \frac{(1 - 2x)^2}{(1 - 2x)^2 + (2 + x)^2} \cdot \frac{5}{(1 - 2x)^2}
g′(x)=5(1−2x)2+(2+x)2g'(x) = \frac{5}{(1 - 2x)^2 + (2 + x)^2}
g′(x)=51−4x+4x2+4+4x+x2g'(x) = \frac{5}{1 - 4x + 4x^2 + 4 + 4x + x^2}
g′(x)=55+5x2g'(x) = \frac{5}{5 + 5x^2}
g′(x)=11+x2g'(x) = \frac{1}{1 + x^2}

答案

11+x2\dfrac{1}{1 + x^2}

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