Math Problem Statement

arctan求导

Solution

反正切函数 arctan(x)\arctan(x) 的导数可以通过隐函数求导法来求得。我们从以下关系开始:

y=arctan(x)y = \arctan(x)

这意味着:

x=tan(y)x = \tan(y)

我们需要求 ddxarctan(x)\frac{d}{dx} \arctan(x)。通过对 x=tan(y)x = \tan(y) 两边对 xx 求导,我们得到:

ddxx=ddxtan(y)\frac{d}{dx} x = \frac{d}{dx} \tan(y)

左边直接为1,右边使用链式法则:

1=sec2(y)dydx1 = \sec^2(y) \frac{dy}{dx}

所以:

dydx=1sec2(y)\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sec^2(y)}

我们还知道:

sec2(y)=1+tan2(y)\sec^2(y) = 1 + \tan^2(y)

由于 tan(y)=x\tan(y) = x,因此:

sec2(y)=1+x2\sec^2(y) = 1 + x^2

将其代入导数公式中:

dydx=11+x2\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1 + x^2}

因此,反正切函数的导数为:

ddxarctan(x)=11+x2\frac{d}{dx} \arctan(x) = \frac{1}{1 + x^2}

详细推导步骤:

  1. 设定隐函数: 设 y=arctan(x)y = \arctan(x),即 x=tan(y)x = \tan(y)

  2. 对两边求导ddxx=ddxtan(y)\frac{d}{dx} x = \frac{d}{dx} \tan(y) 1=sec2(y)dydx1 = \sec^2(y) \frac{dy}{dx}

  3. 求解 dydx\frac{dy}{dx}dydx=1sec2(y)\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sec^2(y)}

  4. tan(y)=x\tan(y) = x 替换 sec2(y)\sec^2(y)sec2(y)=1+tan2(y)=1+x2\sec^2(y) = 1 + \tan^2(y) = 1 + x^2 dydx=11+x2\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1 + x^2}

  5. 最终结果ddxarctan(x)=11+x2\frac{d}{dx} \arctan(x) = \frac{1}{1 + x^2}

请问你需要更详细的解释或有其他问题吗?你可以问以下问题:

  1. 如何求其他反三角函数的导数?
  2. 反三角函数的应用有哪些?
  3. 如何使用隐函数求导法解决其他问题?
  4. 反三角函数在物理中的应用是什么?
  5. 导数在数学分析中的重要性有哪些?

提示: 反三角函数的导数在许多数学和物理问题中都非常有用,特别是在涉及角度和斜率的计算中。

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Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Calculus
Derivatives
Inverse Trigonometric Functions

Formulas

Derivative of arctan function: d/dx arctan(x) = 1 / (1 + x^2)

Theorems

Chain rule for derivatives

Suitable Grade Level

Advanced High School / College