3.6 連鎖律

 

預備知識

1.合成函數的意義,請參考函數的基本觀念簡介

2.3.1微分

3.3.2微分函數

4.3.3微分公式

有一年我在微積分的期中考出了一題求,有一位很少來上課的仁兄的做法是將 利用帕斯卡三角形展開,再用之前多項式的微分公式微分。我給他 分,於是他很不服氣的來跟我抗議,我說:「這樣好了,我再出一題讓你算,如果算對了,分數就給你。」我出的題目是,這位仁兄當場楞在那裡,因為要展開實在太麻煩了,所以他還是沒有拿到這一題的分數。其實不管或是,用連鎖律來算都是小事一件,以為例,可視為一合成函數,其中,單獨求之微分都很容易,那麼兩者合成的函數之微分怎麼辦呢?這就要用到本節的連鎖律了。

 

3.6.1連鎖律

皆可微分,亦即,則亦可微分,其微分為

                                       (1)

若使用萊布尼茲的微分記號,令,則上式亦可寫為

                                                (2)

【說明】我們可以用下面比較不嚴格的方式來〝證明〞上述連鎖律的公式(2),至於其嚴格的證明,則需要用到2.4極限精確定義中的 的方式證明,在此省略。當變為時,會跟著變成為,其中的改變量為

                                           (3)

同時也會跟著變成,其中的改變量為

                                           (4)

如此一來,

由於是連續的,由(3),,故

上式

上面這個證明不嚴格的漏洞在於即使仍有可能為,如此一來極限就會有問題。不過由這個不嚴格的〝證明〞,你也可以大概看出連鎖律之端倪。                                                         ■

 

在計算時,公式(1)與(2)皆可以使用,但以公式(2)較容易記憶,甚至用不著特別記憶。因為你把看成兩個分數相乘,很自然約分後就是 ,這就是萊布尼茲記號的好處。如前在3.2微分函數中所言,將微分看為一個分數,其分子與分母各有涵意,但要等到3.10線性逼近與微分量才會說明。

 

例題1.求

【解】現在讓我們用連鎖律解決這個使那位仁兄飲恨失分的題目。先用公式(1)來套,令,視之合成,亦即,則,由公式(1),

答案就這麼簡單。用公式(2)來思維的方式如下:

,令,則,如此一來由公式(2),

整個過程十分自然流暢,熟悉的話甚至不用寫出等中間式,而可直接一筆寫出最後的答案。                                         ■

 

例題2.求

【解】我們用公式(2)來思維:

,令,則變成一個很簡單的函數,這是令之要點),由公式(2),

不要忘記將還原為,很多人考試時忘了這點。當然,當你連鎖律很熟時,你可以直接一筆寫出上述答案。                                       ■

 

 

例題3.求

【解】注意這個函數作用在上,而則是,亦即,只是習慣上我們記為罷了。

首先求,若,令,則,由公式(2),

接下來求,若,令,則,由公式(2),

當然,當你對連鎖律很熟練時,上述兩個答案,皆可以一道式子就寫出來。■

 

例題4. ,求

【解】由公式(2)來思維,

,令,則,由公式(2),

                 ■

 

例題5. ,求

【解】這除了連鎖律以外還需要用到除法定律,一樣先由公式(2)來思維,我們令在心裏不明寫出來,然後計算過程中順手把還原:

                                   

 

例題6. ,求

【解】在此需要用到連鎖律與乘法定律,先由乘法定律:

再由公式(2)來思維,

上式

                   ■

 

例題7. ,求

【解】在此除了連鎖律,尚須用到三角函數的微分公式,先用公式(2)來思維:

                                   ■

 

 

3.6習題(*表較難者)

1*.

2*. 3.3節習題5,求 之微分,在此我們亦可以利用連鎖律求之,試問如何求之?

3. ,求

4. ,求

習題解答