求下列函数关于 xx 的导数。

  1. (i)

    3tan⁡2(x2)3 \tan^2 \left( \frac{x}{2} \right)

  2. (ii)

    e−xx2e^{-x} x^2

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完整解法

4(i)

1. Apply the chain rule to the outer power function

ddx[3tan⁡2(x2)]=3⋅2tan⁡(x2)⋅ddx[tan⁡(x2)]\frac{d}{dx} \left[ 3 \tan^2 \left( \frac{x}{2} \right) \right] = 3 \cdot 2 \tan \left( \frac{x}{2} \right) \cdot \frac{d}{dx} \left[ \tan \left( \frac{x}{2} \right) \right]

2. Differentiate the inner trigonometric function and simplify

=6tan⁡(x2)⋅sec⁡2(x2)⋅12=3tan⁡(x2)sec⁡2(x2)= 6 \tan \left( \frac{x}{2} \right) \cdot \sec^2 \left( \frac{x}{2} \right) \cdot \frac{1}{2} \\ = 3 \tan \left( \frac{x}{2} \right) \sec^2 \left( \frac{x}{2} \right)

答案

3tan⁡(x2)sec⁡2(x2)3 \tan \left( \frac{x}{2} \right) \sec^2 \left( \frac{x}{2} \right)

4(ii)

1. Identify the functions for the product rule and find their derivatives

Let u=x2u = x^2 and v=e−xv = e^{-x}.
Then dudx=2x\frac{du}{dx} = 2x and dvdx=−e−x\frac{dv}{dx} = -e^{-x}.

2. Apply the product rule

ddx(uv)=udvdx+vdudx\frac{d}{dx}(uv) = u\frac{dv}{dx} + v\frac{du}{dx}
ddx(e−xx2)=x2(−e−x)+e−x(2x)\frac{d}{dx}(e^{-x} x^2) = x^2(-e^{-x}) + e^{-x}(2x)

3. Simplify the expression by factorising

=−x2e−x+2xe−x= -x^2 e^{-x} + 2x e^{-x}
=xe−x(2−x)= x e^{-x}(2 - x)

答案

xe−x(2−x)xe^{-x}(2 - x)

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