从函数的微分的表达式
\[\mathrm { d } y = f ^ { \prime } ( x ) \mathrm { d } x \]
可以看出,要计算函数的微分,只要计算函数的导数,再乘以自变量的微分.因此,可得如下的微分公式和微分运算法则.
1.基本初等函数的微分公式
由基本初等函数的导数公式,可以直接写出基本初等函数的微分公式.为了便于对照,列表于下:
2.函数和、差、积、商的微分法则
由函数和、差、积、商的求导法则,可推得相应的微分法则.为了便于对照,列成下表(表中u=u(x),v=v(x)都可导).
再根据乘积的求导法则,有
\[( u v ) ^ { \prime } = u ^ { \prime } v + u v ^ { \prime } \]
现在我们以乘积的微分法则为例加以证明.
根据函数微分的表达式,有
\[\mathrm { d } ( u v ) = ( u v ) ^ { \prime } \mathrm { d } x \]
于是: \(\mathrm { d } ( u v ) = \left( u ^ { \prime } v + u v ^ { \prime } \right) \mathrm { d } x = u ^ { \prime } v \mathrm { d } x + u v ^ { \prime } \mathrm { d } x\)
由于: \(u ^ { \prime } \mathrm { d } x = \mathrm { d } u , \quad v ^ { \prime } \mathrm { d } x = \mathrm { d } v\)
所以: \(\mathrm { d } ( u v ) = v \mathrm { d } u + u \mathrm { d } v\)
其他法则都可以用类似方法证明。
3.复合函数的微分法则
与复合函数的求导法则相应的复合函数的微分法则可推导如下:
设 \(y=f(u)\)及\(u=g(x)\)都可导,则复合函数\(y = f [ g ( x ) ]\)的微分为
\[\mathrm { d } y = y _ { x } ^ { \prime } \mathrm { d } x = f ^ { \prime } ( u ) g ^ { \prime } ( x ) \mathrm { d } x \]
由于\(g'(x)dx=du\),所以,复合函数\(y=f[g(x)]\)微分公式也可以写成
\(\mathrm { d } y = f ^ { \prime } ( u ) \mathrm { d } u\) 或 \(\mathrm { d } y = y ^ { \prime } _ { u } \mathrm { d } u\)
由此可见,无论\(u\)是自变量还是中间变量,微分形式\(dy=f'(u)du\)保持不变.这一性质称为微分形式不变性.这性质表示,当变换自变量时,微分形式\(dy=f'(u)du\)并不改变.
参考:
《高等数学》同济六版 -> P116