乘积法则
乘积法则
乘积法则(),也称积定则、莱布尼兹法则,是数学中关于两个函数的积的导数的一个计算法则。
若已知两个可导函数formula_1及其导数formula_2,则它们的积formula_3的导数为:
formula_4
这个法则可衍生出积分的分部积分法。
莱布尼兹的发现.
人们将这个法则的发现归功于莱布尼兹,以下是他的论述:设"u"("x")和"v"("x")为"x"的两个可导函数。那么,"uv"的微分是:
formula_5
由于"du"·"dv"的,因此有:
formula_6
两边除以"dx",便得:
formula_7
若用拉格朗日符号来表达,则等式记为
formula_8
证明一:利用面积.
假设
formula_9
且"f"和"g"在"x"点可导。那么:
formula_10
现在,以下的差
formula_11
是图中大矩形的面积减去小矩形的面积。
这个区域可以分割为两个矩形,它们面积的和为:
formula_12
因此,(1)的表达式等于:
formula_13
如果(5)式中的四个极限都存在,则(4)的表达式等于:
formula_14
现在:
formula_15
因为当"w" → "x"时,"f"("x")不变;
formula_16
因为"g"在"x"点可导;
formula_17
因为"f"在"x"点可导;以及
formula_18
因为"g"在"x"点连续(可导的函数一定连续)。
现在可以得出结论,(5)的表达式等于:
formula_19
证明二:使用对数.
设"f" = "uv",并假设"u"和"v"是正数。那么:
formula_20
两边求导,得:
formula_21
把等式的左边乘以"f",右边乘以"uv",即得:
formula_22
证明三:使用导数的定义.
设 formula_9
且"f"和"g"在"x"点可导。那么:
formula_24
formula_25
formula_26
formula_27
formula_28.
formula_31
formula_36
推广.
其中formula_37是二项式系数。
应用.
乘积法则的一个应用是证明以下公式:
formula_38
其中"n"是一个正整数(该公式即使当"n"不是正整数时也是成立的,但证明需要用到其它方法)。我们用数学归纳法来证明这个公式。如果"n" = 1,formula_39
假设公式对于某个特定的"k"成立,那么对于"k" + 1,我们有:
formula_40
因此公式对于"k" + 1也成立。