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arctanx的导数

2025-10-29 05:41:13

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2025-10-29 05:41:13

arctanx的导数】在微积分中,反三角函数的导数是一个重要的知识点。其中,arctanx(即反正切函数)的导数是基础且常用的内容。掌握其导数可以帮助我们更深入地理解函数的变化率,并在求解相关问题时提供便利。

一、arctanx的导数公式

设 $ y = \arctan x $,则其导数为:

$$

\frac{d}{dx} (\arctan x) = \frac{1}{1 + x^2}

$$

这个结果可以通过对反函数求导的方法推导得出。具体过程如下:

1. 设 $ y = \arctan x $,则 $ x = \tan y $

2. 对两边关于 $ x $ 求导:$ 1 = \sec^2 y \cdot \frac{dy}{dx} $

3. 由三角恒等式 $ \sec^2 y = 1 + \tan^2 y $,代入得:

$$

1 = (1 + \tan^2 y) \cdot \frac{dy}{dx}

$$

4. 因为 $ \tan y = x $,所以:

$$

\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1 + x^2}

$$

二、总结与表格展示

函数表达式 导数表达式
$ y = \arctan x $ $ \frac{dy}{dx} = \frac{1}{1 + x^2} $

三、应用示例

- 若 $ f(x) = \arctan(2x) $,则其导数为:

$$

f'(x) = \frac{1}{1 + (2x)^2} \cdot 2 = \frac{2}{1 + 4x^2}

$$

- 若 $ g(x) = \arctan(x^2) $,则导数为:

$$

g'(x) = \frac{1}{1 + (x^2)^2} \cdot 2x = \frac{2x}{1 + x^4}

$$

四、注意事项

- arctanx 的定义域为全体实数 $ (-\infty, +\infty) $,值域为 $ \left(-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right) $。

- 导数公式适用于所有实数 $ x $,但要注意在使用链式法则时,需要正确处理内部函数的导数。

通过以上内容可以看出,arctanx 的导数是一个简洁而实用的公式,在数学分析和工程计算中都有广泛应用。理解其推导过程有助于加深对反函数导数的理解。

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