一句话解释求导:它是研究“某个量变化有多快”的数学。本文一步步讲清求导方法,从斜率到幂函数求导法则,再到切线和驻点,并配有完整的例题解析。
要点速览
- 导数表示曲线在某一点的斜率,它也是变化率。
- 大部分工作靠幂函数求导法则完成:x^n 变成 n x^(n-1)。
- 再记住四个结果:sin x、cos x、e^x 和 ln x。
- 令 dy/dx = 0 可求出驻点。用二阶导数区分极大值和极小值。
- 求导出现在 A-level、Level 2 Further Maths、AP Calculus、IB AA、JEE Main 和 CBSE Class 12 中。
什么是求导?求导方法通俗讲解
简短回答: 求导就是求曲线上任意一点的斜率。直线处处斜率相同,但曲线的斜率会随着位置不断变化。导数写作 dy/dx 或 f'(x),它本身是一个新函数,能给出每个 x 值处的斜率,也就是变化率。
想想一辆车。速度是距离变化的快慢,所以速度是距离对时间的导数。这就是微积分和运动图像联系紧密的原因。
dy/dx 和 f'(x) 是什么意思?
两者都表示“导数”。曲线写成 y = ... 时用 dy/dx,写成 f(x) = ... 时用 f'(x)。二阶导数 d2y/dx2 或 f''(x) 是斜率的变化率。dy/dx 是一个整体符号,不是可以约分的分数。
曲线的斜率是什么?
曲线在某点的斜率,就是该点切线的斜率。切线是在该点恰好与曲线相切的直线。
随着 x 增大,y = x^2 的切线越来越陡。
对于 y = x^2,dy/dx = 2x。 在 x = 1 处斜率为 2,所以切线是 y = 2x - 1。 在 x = 2 处斜率为 4,所以切线是 y = 4x - 4。
什么是按定义求导(first principles)?
按定义求导是所有法则背后的思想。在曲线上取两个非常接近的点,求出它们之间割线(弦)的斜率,再让两点间距缩小到零。
对 f(x) = x^2,取点 x 和 x + h:
- 割线斜率 = ((x + h)^2 - x^2) / h
- = (2xh + h^2) / h = 2x + h
- 当 h 趋近于 0 时,结果趋近于 2x。
在 x = 1 处验证:h = 0.1 时割线斜率为 2.1,h = 0.01 时为 2.01。数值逐渐逼近 2。
Edexcel A-level Maths 考纲(Topic 7)要求学生能对 n = 2、n = 3 等幂次以及 sin x 和 cos x 按定义求导。
怎么求导:基本法则
实际做题时要用法则。下面是最先要掌握的几条。
需要背熟的基本导数。
| 函数 | 导数 | 例子 |
|---|---|---|
| x^n | n x^(n-1) | x^5 得 5x^4 |
| kx | k | 7x 得 7 |
| 常数 | 0 | 9 得 0 |
| sin x | cos x | sin 2x 得 2 cos 2x |
| cos x | -sin x | cos x 得 -sin x |
| e^x | e^x | e^(3x) 得 3e^(3x) |
| ln x | 1/x | x = 2 时斜率为 1/2 |
表格背后还有两条法则:
- 和的法则: 每一项分别求导,再相加。
- 常数倍法则: 前面的系数保持在前面。所以 3x^4 得 3 x 4x^3 = 12x^3。
对 sin x 和 cos x 求导时,x 必须用弧度。
在 AQA A-level 中,幂函数求导法则、e^kx、sin kx、cos kx、tan kx 和 ln x 都在内容条目 G2 中。在 IB Maths AA 中,整数次幂的求导法则在 SL 5.3,sin x、cos x、e^x 和 ln x 在 SL 5.6。关于求导,AQA Level 2 Further Maths 涵盖 n 为整数时的 kx^n。想复习 e 和 ln,请阅读对数详解。
例题 1:幂函数求导法则
对 y = 3x^4 - 5x^2 + 7x - 2 求导,再求 x = 1 处的斜率。
每一项分别求导。
- 3x^4 得 3 x 4x^3 = 12x^3。
- -5x^2 得 -5 x 2x = -10x。
- 7x 得 7。
- -2 是常数,所以得 0。
- 因此 dy/dx = 12x^3 - 10x + 7。
- 当 x = 1 时:12 - 10 + 7 = 9。
例题 2:根式和分式
对 y = 4√x + 6/x 求导,再求 x = 4 处的斜率。
- 改写成幂的形式:y = 4x^(1/2) + 6x^(-1)。
- 4x^(1/2) 得 4 x (1/2) x^(-1/2) = 2x^(-1/2)。
- 6x^(-1) 得 6 x (-1) x^(-2) = -6x^(-2)。
- 因此 dy/dx = 2/√x - 6/x^2。
- 当 x = 4 时:2/2 - 6/16 = 1 - 0.375 = 0.625。
怎样求切线方程和法线方程?
法线是在同一点与切线垂直的直线。两者的斜率相乘等于 -1。
例题 3:切线和法线
求 y = x^3 - 3x + 1 在 x = 2 处的切线和法线。
- 求出该点:y = 8 - 6 + 1 = 3。所以该点为 (2, 3)。
- 求导:dy/dx = 3x^2 - 3。
- x = 2 处的斜率:3(4) - 3 = 9。
- 切线:y - 3 = 9(x - 2),所以 y = 9x - 15。
- 法线斜率 = -1/9。
- 法线:y - 3 = -1/9 (x - 2)。两边乘以 9:9y - 27 = -x + 2,所以 x + 9y - 29 = 0。
检验:2 + 9(3) - 29 = 0,所以 (2, 3) 在法线上。
怎样求驻点?
驻点是斜率为零的点。它可能是极大值点、极小值点或拐点。
方法如下:
- 求导得到 dy/dx。
- 令 dy/dx = 0,解出 x。
- 把每个 x 代回 y,得到坐标。
- 求二阶导数 d2y/dx2。
- 若 d2y/dx2 < 0,是极大值;若 d2y/dx2 > 0,是极小值。
- 若 d2y/dx2 = 0,则改为检查该点两侧的斜率。
例题 4:极大值和极小值
求 y = x^3 - 6x^2 + 9x + 1 的驻点,并判断其类型。
- dy/dx = 3x^2 - 12x + 9 = 3(x - 1)(x - 3)。
- 当 x = 1 或 x = 3 时,dy/dx = 0。
- 当 x = 1 时:y = 1 - 6 + 9 + 1 = 5。点 (1, 5)。
- 当 x = 3 时:y = 27 - 54 + 27 + 1 = 1。点 (3, 1)。
- d2y/dx2 = 6x - 12。
- 当 x = 1 时:6 - 12 = -6,为负,所以 (1, 5) 是极大值点。
- 当 x = 3 时:18 - 12 = 6,为正,所以 (3, 1) 是极小值点。
什么是链式法则、乘积法则和商法则?
| 法则 | 适用情况 | 公式 |
|---|---|---|
| 链式法则 | 函数里套着函数(复合函数) | dy/dx = dy/du x du/dx |
| 乘积法则 | 两个函数相乘 | (uv)' = u'v + uv' |
| 商法则 | 一个函数除以另一个函数 | (u/v)' = (u'v - uv') / v^2 |
例题 5:链式法则、乘积法则和商法则
- 链式法则: y = (2x + 1)^5。把 5 移到前面,指数减 1,再乘以 2(内层函数的导数):dy/dx = 10(2x + 1)^4。x = 0 处的斜率为 10。
- 乘积法则: y = x^2 sin x,所以 dy/dx = 2x sin x + x^2 cos x。
- 商法则: y = ln x / x,所以 dy/dx = (1 - ln x) / x^2。
求导如何用来表示变化率?
如果 s 是位移,t 是时间,那么 ds/dt 就是速度。例如 s = 5t^2,则 v = 10t,所以 t = 3 时速度为 30 m/s。再求一次导,加速度为 10 m/s^2。同样的思路也出现在抛体运动中。
哪些考试会考求导?
求导在七门常见数学课程中的位置。
| 课程 | 所在章节 | 级别 |
|---|---|---|
| AQA A-level Maths 7357 | Section G (G1-G6) | A-level |
| Edexcel A-level Maths 9MA0 | Pure Topic 7 | A-level |
| AQA Further Maths 8365 | Section 4 Calculus | Level 2 |
| AP Calculus AB/BC | Units 2-5 | 美国高中 |
| IB Maths AA | Topic 5 Calculus | IB DP SL/HL |
| JEE Main 2027 | Maths Unit 7 | 入学考试 |
| CBSE Class 12 | Unit III Calculus | 12 年级 |
- AQA A-level Maths 7357: Section G 包括按定义求导、基本导数、切线、法线、驻点,以及链式法则、乘积法则和商法则。另见我们的 A-level Maths 指南。
- AQA Level 2 Further Maths 8365: n 为整数时的 kx^n、切线、法线、d2y/dx2,以及极大值和极小值。
- AP Calculus AB and BC: Units 2 至 5 讲求导。College Board 表示 2026-27 的课程内容没有变化,但从 2027 年 5 月的考试起,题目数量和考试时长有所调整。另见我们的 AP Calculus AB 与 BC 对比指南。
- IB Maths: analysis and approaches: Topic 5 Calculus。按定义求导(仅限多项式)在 AHL 5.12,所以只有 HL 要求。另见 IB Maths AA 与 AI 对比。
- JEE Main 2027: NTA 考纲把它放在 Unit 7“Limit, Continuity and Differentiability”(极限、连续与可导性),包括二阶以内的导数以及极大值和极小值。另见我们的 JEE Main 2027 指南。考试日期请以官方页面为准。
- CBSE Class 12: Unit III Calculus 包括“Continuity and Differentiability”(连续与可导性)和“Applications of Derivatives”(导数的应用)。请在 CBSE 学术课程页面确认最新版本。
求导最常见的错误有哪些?
- 忘了常数求导得零。 在 y = x^2 + 5 中,5 会消失。
- 负指数降幂方向弄反。 x^(-1) 变成 -x^(-2),而不是 -x^0。
- 根式或分式没改写就求导。 先把 6/x 改写成 6x^(-1)。
- 用链式法则时忘了内层函数。 (2x + 1)^5 得 10(2x + 1)^4,而不是 5(2x + 1)^4。
- 法线斜率算错。 法线斜率是 -1 除以切线斜率,而不只是加个负号。
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练习题及答案
- 对 y = 2x^3 + 4x 求导。
- 对 y = 5/x^2 求导,再求 x = 1 处的斜率。
- 求 y = x^2 - 6x + 11 的驻点,并判断其类型。
- 求 y = x^2 在 x = 3 处的切线。
- 对 y = sin 3x 求导。
答案
- dy/dx = 6x^2 + 4。
- y = 5x^(-2),所以 dy/dx = -10x^(-3) = -10/x^3。x = 1 处的斜率为 -10。
- dy/dx = 2x - 6 = 0,所以 x = 3,y = 9 - 18 + 11 = 2。d2y/dx2 = 2,为正,所以 (3, 2) 是极小值点。
- 点 (3, 9)。斜率 2 x 3 = 6。切线:y - 9 = 6(x - 3),所以 y = 6x - 9。
- dy/dx = 3 cos 3x。
怎样提高求导能力
- 把基本导数表背熟。
- 先改写再求导: 先化成 x 的幂的形式。
- 每天做一小组题。 每天十道快题,胜过每周一次长时间练习。
- 给错误分类: 是法则错、代数错,还是计算错?
- 转向真题: 做你所在考试局的历年真题。
Asymptode 如何帮助你学好求导
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两次课之间,孩子会收到为他量身定制的练习。如果上一次作答显示他把法线斜率搞混了,或者忘了把 6/x 改写成幂的形式,下一份练习就会按他的水平,专门针对这一点。练习从不千篇一律。这就是 Asymptode 的 AI 辅助练习:它按照导师的要求编写,并且只有在导师审核通过后才会发送。
之后由导师批改作业。作为家长,你可以看到孩子掌握了什么、下一步该练什么。这样,从幂函数求导法则到驻点,再到链式法则,备考过程会不断自我纠正。
已于 12 November 2026 对照官方来源核实相关信息。
FAQ
用简单的话说,求导是什么?
它是一种求某个量相对于另一个量变化有多快的方法。在图像上,它给出曲线任意一点的斜率。
x^n 怎么求导?
把指数移到前面,再把指数减 1。例如 x^5 变成 5x^4,x^(-1) 变成 -x^(-2)。
常数的导数是多少?
是 0。常数不会变化,所以 y = 9 是一条斜率为 0 的水平直线。
怎么判断驻点是极大值还是极小值?
求该点处的二阶导数。为负是极大值,为正是极小值。如果等于零,就检查该点两侧的斜率。
GCSE Maths 考求导吗?
请查看你所在考试局的 GCSE 考纲。求导属于 AQA Level 2 Certificate in Further Maths (8365) 的内容,包括切线、法线以及极大值和极小值。
考试需要掌握按定义求导吗?
AQA 和 Edexcel 的 A-level 要求对 x 的较小正整数次幂以及 sin x 和 cos x 按定义求导。在 IB Maths AA 中,它属于 AHL 5.12,所以是 HL 学生的内容。
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参考来源
- AQA A-level Mathematics 7357 specification (section G: Differentiation)
- Pearson Edexcel A-level Mathematics specification, Issue 4 (Topic 7)
- AQA Level 2 Certificate in Further Maths 8365
- AP Calculus AB course page, AP Central
- AP Calculus AB and BC Course and Exam Description
- IB Diploma Programme mathematics curriculum
- JEE (Main) official site, NTA
- CBSE academic curriculum 2026-27

