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Calculus · real student question

對 y = 2cos(x),寫出定義域並求導數。

Question

對

y=2cos⁡xy=2\cos x

寫出定義域並求 y′y'。

Step-by-step solution

  1. 先決定定義域。 餘弦函數對每一個實數輸入都有定義——沒有除法、沒有偶次方根,也沒有對數會限制它——而乘上 22 也不會改變什麼。因此

    D=R\mathcal{D}=\mathbb{R}

  2. 把常數提出來。 常數倍法則說 ddx[cf(x)]=c f′(x)\dfrac{d}{dx}\left[cf(x)\right]=c\,f'(x),所以那個 22 就乖乖待在外面:

    y′=2⋅ddx(cos⁡x)y'=2\cdot\frac{d}{dx}\left(\cos x\right)

  3. 微分餘弦。 這個標準導數帶著一個負號:

    ddxcos⁡x=−sin⁡x\frac{d}{dx}\cos x=-\sin x

    把這個負號弄丟,是三角函數微分最常見的錯誤。(這裡的引數就是單純的 xx,所以不需要連鎖律的額外因子。)

  4. 合併起來。

    y′=2(−sin⁡x)=−2sin⁡xy'=2(-\sin x)=-2\sin x

  5. 從數值與結構兩方面驗證。 取 h=10−6h=10^{-6} 做中央差分,在 x=0.3x=0.3、1.41.4、2.92.9 各處都與 −2sin⁡x-2\sin x 吻合到 10−610^{-6} 以內 ✓。結構上檢查:y=2cos⁡xy=2\cos x 在 x=0,2π,…x=0,2\pi,\ldots 有極大值、在 x=π,…x=\pi,\ldots 有極小值,而 y′=−2sin⁡xy'=-2\sin x 恰好在 π\pi 的每個倍數處為零 ✓。y′y' 的值域是 [−2,2][-2,2],所以曲線最陡的斜率是 ±2\pm2,分別在 x=π2x=\tfrac{\pi}{2} 與 3π2\tfrac{3\pi}{2} 處達到。

Answer

D=R,y′=−2sin⁡x\mathcal{D}=\mathbb{R},\qquad y'=-2\sin x

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