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Calculus · real student question

设 h(x) = (2x + 1)⁵(x² − 1)³,下面哪个式子等于 h′(x)?

Question

设 h(x)=(2x+1)5(x2−1)3h(x)=(2x+1)^{5}\left(x^{2}-1\right)^{3}。下列哪一个与 h′(x)h'(x) 相等?

(A) 5(2x+1)4(x2−1)3+3(2x+1)5(x2−1)25(2x+1)^{4}(x^{2}-1)^{3}+3(2x+1)^{5}(x^{2}-1)^{2}

(B) 10(2x+1)4(x2−1)3+6x(2x+1)5(x2−1)210(2x+1)^{4}(x^{2}-1)^{3}+6x(2x+1)^{5}(x^{2}-1)^{2}

(C) 10(2x+1)4⋅6x(x2−1)210(2x+1)^{4}\cdot 6x(x^{2}-1)^{2}

(D) 30x(2x+1)4(x2−1)230x(2x+1)^{4}(x^{2}-1)^{2}

Step-by-step solution

  1. 先看清最外层是一个乘积。 hh 就是 u⋅vu\cdot v,其中

    u=(2x+1)5,v=(x2−1)3,u=(2x+1)^{5},\qquad v=\left(x^{2}-1\right)^{3},

    所以要用乘法法则 h′=u′v+uv′h'=u'v+uv'。选项 (C) 和 (D) 都只有一项,已经错了——它们是把两个导数直接相乘,而不是用乘法法则。

  2. 用链式法则对 u 求导。 把指数拿下来、指数减一,再乘以括号里那部分的导数:

    u′=5(2x+1)4⋅ddx(2x+1)=5(2x+1)4⋅2=10(2x+1)4.u'=5(2x+1)^{4}\cdot\frac{d}{dx}(2x+1)=5(2x+1)^{4}\cdot 2=10(2x+1)^{4}.

    多出来的这个因子 22,正是 (B) 与 (A) 的区别所在。

  3. 同样用链式法则对 v 求导。

    v′=3(x2−1)2⋅ddx(x2−1)=3(x2−1)2⋅2x=6x(x2−1)2.v'=3\left(x^{2}-1\right)^{2}\cdot\frac{d}{dx}\left(x^{2}-1\right)=3\left(x^{2}-1\right)^{2}\cdot 2x=6x\left(x^{2}-1\right)^{2}.

  4. 按乘法法则拼起来。

    h′(x)=10(2x+1)4(x2−1)3+6x(2x+1)5(x2−1)2,h'(x)=10(2x+1)^{4}\left(x^{2}-1\right)^{3}+6x(2x+1)^{5}\left(x^{2}-1\right)^{2},

    这正是选项 (B)。

  5. 说说 (A) 为什么最容易误选。 选项 (A) 恰好是把两个内层导数都漏掉的结果——它用的是 55 和 33,而不是 1010 和 6x6x。只要括号里面不是单纯的 xx,那个内层导数就必须出现。

  6. 做一次符号验证。 对原式求导再减去选项 (B),化简结果恰好是 00,确认选择无误。另外还可以把公因式 (2x+1)4(x2−1)2(2x+1)^4(x^2-1)^2 提出来:h′(x)=(2x+1)4(x2−1)2[10(x2−1)+6x(2x+1)]=(2x+1)4(x2−1)2(22x2+6x−10)h'(x)=(2x+1)^4(x^2-1)^2\left[10(x^2-1)+6x(2x+1)\right]=(2x+1)^4(x^2-1)^2\left(22x^2+6x-10\right)。

Answer

h′(x)=10(2x+1)4(x2−1)3+6x(2x+1)5(x2−1)2(选 B)h'(x)=10(2x+1)^{4}\left(x^{2}-1\right)^{3}+6x(2x+1)^{5}\left(x^{2}-1\right)^{2}\quad(\text{选 B})

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