第二章 导数与微分——第三节 高阶导数
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〇 前言

此文章是在武忠祥老师的高等数学的基础上做此文章,目的是为了更好留下印象以及给不懂的地方及时解释。

一 定义

若 f(n) (x) 在区间 I 上连续,称 f(x) 在 I 上 n 阶连续可导。

例1 求下列函数的n阶导数
1)(e^x)^(n) = e^x
2)(sinx)^n = sin(x+n*(Π/2))
3)(cosx)^n = cos(x+n*(Π/2))
4)(ln(1+x))^n = ((-1)^(n-1))*(n-1)!/(1+x)^n

定理 设 u,v 都是 n 阶可导,则
1)(u±v)^(n) = u^(n) ± v^(n)
2)莱布尼茨公式 :

注:此公式是由 (uv)’ = u’v+uv’推导出来的,可以看看下方图片来找出规律:

例 1)设 f(x) = 1/(x²-1),求f(n) (x)
解:

解析:分母可以拆成(x+1)(x-1),利用裂项相消法(后续会有额外补充),拆成 1/2*[(x+1)-(x-1)]/[(x-1)(x+1)] = 1/2[1/x-1 – 1/x+1],在这之上,可以将1/x-1 转化成 (x-1)^(-1),在对他进行高阶导后,可以总结出以下这张图片的式子:

此时按照此公式的规律,套用在x+1上,最后得出结论(注:x-1变成分母是因为括号外的-1次方给消掉,直接变成分母了)。

2)设 f(x) = x²e^x,求 f(100) (x)

解:

注:用的是莱布尼茨公式,倒数第二行那两个分别是0和1,而不是10和11.

二 内容小结

1.定义(高阶导数)

2.高阶导数的求法
(1)利用归纳法
(2)利用公式

三 额外补充(裂项相消法)

先来看一个式子:1/[n·(n+1)]

这里我们把他拆成两个分数,也就是 1/n – 1/(n+1)

由此可以举出:1/n·(n+2) 这个例子,按上述式子,也可以推导出:

为什么前面要加一个1/2呢,是因为拆成两个分式后相减,得到的分子答案是2,与前面原式的1是不匹配的,因此要乘个1/2.

所以这里可以推导出一个流程:

①先看分母,是两个因数还是平方差什么的

②再看分母是否能写成差

③展开前几项,哪些能消,哪些不能消。

四 高阶裂项相消

这里可以对照一下表格,看表格中的规律:

最后可以推出一个公式:

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Source: github.com/k4yt3x/flowerhd
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