在数学中,指数函数是极其基础的一部分,几乎覆盖了初中和高中数学的全部学科内容,而导数是微积分中的一大难点,是许多学生头疼的地方。那么,指数函数的导数又该如何推导呢?本篇文章就为大家进行讲解。
首先,对于任意正实数a,我们都可以定义指数函数 y=a^x,其中x为自变量,y为因变量,表示对a进行x次幂的结果,是一个单调递增的函数。而导数的概念我们在初中数学或高中数学中也接触过,是函数在某一点处的变化率,表示极小的量变化时函数值的变化程度,可以被视作一条切线的斜率。
带着这些基础概念,我们来推导一下指数函数的导数。首先,我们来定义一个计算函数的差商,差商f(x,y)表示曲线上点(x,y)和(x h,y h)之间的斜率,其中h是趋近于0的小量。
我们发现,当h越来越小时,差商越来越接近导数,即: f'(x) = lim(h->0)(f(x h) - f(x))/h,对于指数函数而言,令y=f(x)=a^x,h时刻的函数值为f(x h)=a^(x h),于是: f'(x) = lim(h->0)((a^(x h)-a^x)/h)。
接着,我们利用数学公式:a^n - b^n = (a-b)(a^(n-1) a^(n-2)b ... ab^(n-2) b^(n-1)),可以将被除式化简为:f'(x) = lim(h->0)(a^x(a^h - 1)/h),再利用e的极限,即 lim(h->0)(e^h-1)/h=1,可得f'(x)=a^xlna,得证:指数函数的导数为a^xlna。