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如何利用共轭表达式从极限定义求 f(x)=xf(x)=\sqrt{x} 的导数?

要求 f(x)=xf(x)=\sqrt{x} 的导数,将其代入差商 x+h−xh\frac{\sqrt{x+h}-\sqrt{x}}{h}。将分子和分母同时乘以共轭表达式 x+h+x\sqrt{x+h}+\sqrt{x} 以使分子有理化。这将表达式简化为 1x+h+x\frac{1}{\sqrt{x+h}+\sqrt{x}}。取 h→0h \to 0 时的极限,对于 x>0x>0 得到 12x\frac{1}{2\sqrt{x}}。

适用条件

  • f(x)=xf(x)=\sqrt{x}。
  • 为了使导数为有限值,x>0x > 0。
  • 在代数操作期间 hh 是非零的。

理解与推导

  1. 建立差商:x+h−xh\frac{\sqrt{x+h}-\sqrt{x}}{h}。
  2. 将分子和分母乘以共轭表达式:(x+h−x)(x+h+x)h(x+h+x)\frac{(\sqrt{x+h}-\sqrt{x})(\sqrt{x+h}+\sqrt{x})}{h(\sqrt{x+h}+\sqrt{x})}。
  3. 在分子中应用平方差公式:(x+h)−x=h(x+h) - x = h。
  4. 简化分数:hh(x+h+x)\frac{h}{h(\sqrt{x+h}+\sqrt{x})}。
  5. 约去 hh(对 h≠0h \neq 0 有效):1x+h+x\frac{1}{\sqrt{x+h}+\sqrt{x}}。
  6. 计算 h→0h \to 0 时的极限:1x+x=12x\frac{1}{\sqrt{x}+\sqrt{x}} = \frac{1}{2\sqrt{x}}。

例子

脚本指出:“对于 f(x)f(x)=√x,乘以共轭表达式以约去 h。在 x>0x>0 时,极限得到 1/(2x)1/(2\sqrt{x});该公式在 x=0x=0 处不给出有限导数。”

容易误解的地方

  • 忘记将分子和分母都乘以共轭表达式。
  • 试图在不有理化的情况下直接从根式表达式中约去 hh。
  • 假设导数在 x=0x=0 处存在且有限,而实际上极限发散。

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