LearnTree Faculty of Engineering at Kamphaeng Saen, KPS Faculty of Engineering at KPS
คณิตศาสตร์วิศวกรรม 1 · derivative หน้า 2 จาก 2

ลูกโซ่ และผลคูณ

สูตรจริง ๆ ประกอบขึ้นจากชิ้นส่วน และแค่สองกฎก็ differentiate ได้ ไม่ว่าจะประกอบกันแบบไหน

ชิ้นส่วน

หน้า 1 ได้กฎยกกำลังไปแล้ว ชีทให้ชิ้นส่วนที่เหลือที่จะเอามาประกอบกัน (หน้า 16 และ 20–22) ทุกตัวคือความชันของเส้นตรงที่เห็นเมื่อซูมเข้าไป ซึ่งหาไว้ครั้งเดียว ตอนสอบไม่ต้องพิสูจน์ใหม่

f(x)f′(x)
xⁿn·xⁿ⁻¹
sin xcos x
cos x−sin x
tan xsec² x
eˣeˣ
aˣaˣ ln a
ln x1/x

ทำไม sin x differentiate ได้ cos x: 3Blue1Brown ตอนที่ 3 นาทีที่ 12:36 (ซับไทย) (อาศัย sin h / h → 1 จากบทลิมิต) ทำไม eˣ differentiate แล้วได้ตัวเอง: ตอนที่ 5 (ซับไทย) — และ x ต้องเป็นเรเดียน

กฎผลคูณ: สี่เหลี่ยมที่ด้านทั้งสองยืดพร้อมกัน

มอง u·v เป็นพื้นที่สี่เหลี่ยม กว้าง u สูง v ในที่นี้ u = x + 1 และ v = x² ขยับ x ไปอีก dx: ความกว้างยืดไป du ความสูงยืดไป dv พื้นที่ที่งอกออกมาคือแถบ v·du ด้านข้าง แถบ u·dv ด้านบน และมุมเล็ก ๆ du·dv

สี่เหลี่ยมกว้าง u สูง v (u = x + 1, v = x²) ขยับ x แล้วได้แถบด้านข้าง แถบด้านบน และมุมเล็ก ๆลด dx ด้วย ◀ ▶ (แว่นขยายจะเปิดเมื่อแถบบางมาก)มุมเล็ก ๆ หายเร็วที่สุด เหลือสองแถบ: (uv)′ = u·v′ + v·u′ — ไม่ใช่ u′·v′
(uv)′ = u·v′ + v·u′

“หน้า × derivative ของหลัง + หลัง × derivative ของหน้า” — บีบ dx ลง มุม du·dv หายเร็วกว่าส่วนอื่นทั้งหมด ลองเช็กกับหน้า 1: (x + 1)·x² = x³ + x² differentiate ได้ 3x² + 2x ส่วนกฎให้ (x + 1)·2x + x²·1 = 3x² + 2x ตรงกัน

หา derivative ของ x²·sin x

กฎลูกโซ่: เส้นจำนวนที่ยืดต่อกัน

y = (x² + 1)³ คือฟังก์ชันซ้อนอยู่ในฟังก์ชัน: ก่อนอื่น u = x² + 1 แล้วจึง y = u³ ตามก้าวเล็ก ๆ dx ผ่านทั้งสองชั้น ชั้นแรกยืดมันไป du/dx = 2x เท่า ชั้นที่สองยืดผลนั้นต่ออีก dy/du = 3u² เท่า เส้นจำนวนทั้งสามข้างล่างใช้สเกลเดียวกัน จึงเห็นการยืดได้ด้วยตา

ก้าวเล็ก ๆ dx ที่ถูกส่งผ่านสองฟังก์ชัน: u = x² + 1 แล้วจึง y = u³ บนเส้นที่ใช้สเกลเดียวกันเลื่อน x ด้วย ◀ ▶ แล้วดูแต่ละฟังก์ชันยืดก้าวนั้นการยืดคูณกัน: dy/dx = dy/du · du/dx — derivative ตัวนอก คูณ derivative ตัวใน
dy/dx = dy/du · du/dx

“derivative ของตัวนอก × derivative ของตัวใน” — การยืดคูณต่อกัน derivative ของชั้นนอก (ข้างในปล่อยไว้เหมือนเดิม) คูณ derivative ของชั้นใน: (x² + 1)³ differentiate ได้ 3(x² + 1)²·2x ในชีทเขียนแบบเต็มด้วย — ตั้ง u = x² + 1 แล้วไล่ลำดับตัวแปร y → u → x (หน้า 29–30) ได้ผลเดียวกัน

หา derivative ของ sin(x²)

กฎผลหาร มาจากสองกฎแรก

(u/v)′ = v·u′ − u·v′v²

“ล่าง × derivative ของบน − บน × derivative ของล่าง ส่วน ล่างกำลังสอง” — u/v ก็คือ u·v⁻¹: กฎผลคูณที่มีกฎลูกโซ่ซ้อนอยู่ข้างใน (v⁻¹ differentiate ได้ −v⁻²·v′) ลำดับสำคัญเพราะมีเครื่องหมายลบ — ล่างก่อน ชีทหน้า 37

หา derivative ของ xx + 1

ดูฉบับเต็ม: ต้นฉบับที่หน้านี้ได้แรงบันดาลใจ

วิดีโอเป็นของ 3Blue1Brown ฝังจาก YouTube — ดูทั้งซีรีส์ได้ที่ 3blue1brown.com