2.3 高阶导数
概念
若函数 的导数 在 处可导,则称其导数 为 的二阶导数,记作
同理,函数 的 阶导数为 记作
运算法则
反函数的高阶导数
例 1
已知 是 的反函数,,试用 ,, 表示 , .
解 由反函数求导公式知
所以
莱布尼茨公式
如果函数 与 在点 处具有 阶导数,考虑乘积 的 阶导数:
由
得出
由数学归纳法
即
上式称为莱布尼茨公式。
例题
例 2
设 ,求 。
NOTE
最自然的想法可能是使用莱布尼兹公式:
但是化到这里就化不动了。此法不可行,会扣分。
导几次之后找规律:
归纳得 。
下面使用数学归纳法证明。
显然, 是该式成立。
现假设 时该式成立,证明 时该式也成立。
则 时该式也成立。总上,对于任意的 均有
NOTE
另外,这里提供一种超纲的解法,使用欧拉公式 。
由 ,构造
所以 是 的虚部。因此,只需求 ,则 就是其虚部。
又有
易得其虚部为 ,此即 。
例 3
求 的 阶导数。
因此推测:
下面使用数学归纳法证明。
首先, 时有
故 满足该式子。
下面证明当 满足该式时, 也满足该式。则有
下面考虑 :
证毕。