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指数函数求导公式推导过程图

2024-10-20 14:31:19 作者:石家庄人才网

石家庄人才网今天给大家分享《指数函数求导公式推导过程图》,石家庄人才网小编对内容进行了深度展开编辑,希望通过本文能为您带来解惑。

指数函数是微积分中的重要函数之一,其导数公式的推导过程也是微积分学习中的基础内容。下面就来详细讲解指数函数求导公式的推导过程,并给出相应的图像,以便更好地理解。

首先,我们回忆一下导数的定义: $$f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{f(x+h) - f(x)}{h}$$

对于指数函数 $f(x) = a^x$,其中 $a$ 为常数且 $a>0$,$a \neq 1$,我们将其代入导数定义式,得到:

指数函数求导公式推导过程图

$$f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{a^{x+h} - a^x}{h}$$

接下来,我们对上式进行化简,提取公因子 $a^x$:

$$f'(x) = \lim_{h \to 0} a^x \frac{a^h - 1}{h}$$

由于 $a^x$ 中 $x$ 为常数,因此可以将其移至极限符号外:

$$f'(x) = a^x \lim_{h \to 0} \frac{a^h - 1}{h}$$

现在,我们需要求解极限 $\lim_{h \to 0} \frac{a^h - 1}{h}$。这个极限可以通过多种方法求解,例如利用洛必达法则或指数函数的定义。最终,我们会得到:

$$\lim_{h \to 0} \frac{a^h - 1}{h} = \ln a$$

其中 $\ln a$ 是以 $e$ 为底的 $a$ 的自然对数。将此结果代入之前的式子,我们得到指数函数的导数公式:

$$f'(x) = a^x \ln a$$

特别地,当 $a=e$ 时,我们得到自然指数函数 $f(x) = e^x$ 的导数公式:

指数函数求导公式推导过程图

$$f'(x) = e^x$$

石家庄人才网小编提醒大家,自然指数函数的导数就是其本身,这是一个非常重要的性质。

为了更好地理解指数函数求导公式的推导过程,我们可以借助图像来进行说明。下图展示了指数函数 $y=2^x$ 及其导函数 $y' = 2^x \ln 2$ 的图像。

(此处插入指数函数及其导函数的图像)

从图像中可以看出,指数函数的导函数仍然是一个指数函数,只是在原函数的基础上乘以了一个常数因子 $\ln a$。此外,我们还可以观察到,当 $a>1$ 时,指数函数及其导函数均为单调递增函数;当 $0

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