关于导数、微分,我们写过相当多的文章:
但仍然有很多可以讨论的话题,比如,导数能不能通过除法
那为什么这个问题还值得讨论?主要是由于在微积分发展历史上符号混乱,导致同学们产生了误解,并且误解还被不断的强化:
下面逐一来解释。
先从导数的定义说起。已知某曲线
如果想求该点导数的话,可以通过如下的极限式求出,并且在数学中一般用
有时候为了写起来省事,上面符号又变为了:
就是这种写法开始让同学有点混淆了,以为导数是除法
进一步的误解产生于微分的出现,本节就来解释下。如果将导数
该切线
在数学中因为种种原因(可以参考dx,dy是什么?),往往会在切点建立坐标系,横坐标记作
在
此时切线也被称为微分,并且可以推出:
在这里就产生了更大的混淆,仿佛导数
反过来是不成立的。也就是说不可能通过
综上,根据导数定义、微分定义分别可以得到:
两者看着非常相似,但从上面两节的分析可知,内涵完全不一样:
但符号实在太接近了,造成了一定程度的混乱。
更深的误解来自于对求导法则的解读,本节会尽量去澄清这一点。
首先,我们要明确所有求导法则都是通过导数定义来推导的,比如下面这些常用法则。如果去翻看教科书会发现推导过程还是很复杂的:
我相信很多同学也发现了,上面这些法则似乎可以通过微分定义来理解,并且还更简单、更符合直觉。这种理解方式是一种歪打正着,本质上是错误的,下面通过链式法则来分析下为什么。
通过微分定义来理解链式法则,就是认为
比对一下教科书就知道这个过程是错误的,应该通过导数定义来推导。退一万步来说,就算可以通过微分定义来推导,但分母中的
举一个具体的例子,比如有:
两函数复合为:
那么分母
而分子
分母
很显然,右边的表达式看上去更复杂,所以有时候不得不用左边的表达式,尽管会带来一些混淆。
你说,我非要按照微分观点来理解链式法则,反正这样也容易记,结果也是正确的。当然可以这么做,只是到了二阶链式法则,这样做就走不通了,会发生错误。
来算算二阶链式法则:
到目前为止一切都很好,继续往下化简就会出问题。上面等式最后有两项,第一项按照微分观点可以得到:
这很显然是错误的,否则就会推出第二项
那有没有运用微分定义的地方?有的,就是微分方程。比如:
大家知道就行了,不再赘述。
导数是不能通过除法