Коротко: если F(x)=g(t(x)), то
F′(x)=g′(t(x))⋅t′(x).
Это формула цепочки.
Почему так (короткий вывод)
Пусть t дифференцируема в точке x, а g — в точке t(x). Тогда при малом приращении Δx:
Δt≈t′(x)Δx,Δg≈g′(t(x))Δt.
Сложив, получаем для композиции:
ΔF=Δ(g∘t)≈g′(t(x))⋅t′(x)Δx,
а значит, в пределе при Δx→0:
F′(x)=Δx→0limΔxΔF=g′(t(x))t′(x).
(Формально это доказывается через определение производной и непрерывность t и g′ в нужных точках.)
Условия применимости
- t должна быть дифференцируема в x;
- g — дифференцируема в точке u=t(x).
Примеры
- F(x)=sin(x2)
Здесь g(u)=sinu,t(x)=x2.
F′(x)=cos(x2)⋅2x=2xcos(x2).
- F(x)=eln(1+x)
g(u)=eu,t(x)=ln(1+x).
F′(x)=eln(1+x)⋅1+x1=1+x1+x=1
(на отрезке, где 1+x>0).
- F(x)=1+cosx
g(u)=u,t(x)=1+cosx.
F′(x)=21+cosx1⋅(−sinx)=−21+cosxsinx.
- Сложнее: F(x)=ln(sin(x3))
Три слоя: x↦x3↦sin(⋅)↦ln(⋅).
F′(x)=sin(x3)1⋅cos(x3)⋅3x2=3x2cot(x3).
Обобщение (много слоёв)
Для F(x)=fn∘fn−1∘⋯∘f1(x):
F′(x)=fn′(fn−1∘⋯∘f1(x))⋅fn−1′(fn−2∘⋯∘f1(x))⋯f1′(x).
Частые ошибки
- Забывают умножить на t′(x) (берут только g′).
- Путают порядок: сначала подставляем t(x) в g′, затем умножаем на t′(x).
- Игнорируют область определения (например, ln(⋅) требует положительный аргумент, корень — неотрицательный и т. п.).
Если хочешь, дам ещё примеры на твой выбор функции g и t, или решу конкретную задачу.