Найти производную функции
Понимаем, почему обычные правила не работают. Правилу степени нужен постоянный показатель, а правилу для показательной функции — постоянное основание. Здесь же меняются и основание , и показатель , поэтому ни одно правило не применимо, а их смешение даёт бессмыслицу. Выход — логарифмическое дифференцирование.
Сначала указываем область определения. Чтобы имело смысл как действительная степень с переменным показателем, основание должно быть положительным:
Всё дальнейшее верно на — там же, где определён и .
Логарифмируем обе части по натуральному основанию. Логарифм превращает показатель в множитель, в чём и состоит весь приём:
Справа теперь обычное произведение двух хорошо знакомых функций.
Дифференцируем обе части по . Слева — функция от , поэтому по правилу дифференцирования сложной функции получаем — здесь и вступает в дело неявное дифференцирование. Справа применяем правило произведения:
отсюда
Выражаем и возвращаем исходную функцию. Умножаем на и подставляем :
Ответ обязательно содержит исходное выражение множителем — это характерная черта логарифмического дифференцирования, а потерянный впереди — типичная ошибка.
Проверяем численно. При формула даёт . Центральная разностная производная с шагом для в точке даёт , значит, производная найдена верно. Этот же шаблон работает для любой функции вида : её производная равна .
Need to solve a different problem like this? Open the solver →