微积分学示例

$\frac{\sin^{2} (x)}{1 + \cos (x)}$

解题步骤 1

使用除法定则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [\frac{f (x)}{g (x)}]$ 等于 $\frac{g (x) \frac{d}{d x} [f (x)] - f (x) \frac{d}{d x} [g (x)]}{{g (x)}^{2}}$ ，其中 $f (x) = \sin^{2} (x)$ 且 $g (x) = 1 + \cos (x)$ 。

$\frac{(1 + \cos (x)) \frac{d}{d x} [\sin^{2} (x)] - \sin^{2} (x) \frac{d}{d x} [1 + \cos (x)]}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 2

使用链式法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ 等于 $f' (g (x)) g' (x)$ ，其中 $f (x) = x^{2}$ 且 $g (x) = \sin (x)$ 。

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解题步骤 2.1

要使用链式法则，请将 $u$ 设为 $\sin (x)$ 。

$\frac{(1 + \cos (x)) (\frac{d}{d u} [u^{2}] \frac{d}{d x} [\sin (x)]) - \sin^{2} (x) \frac{d}{d x} [1 + \cos (x)]}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 2.2

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d u} [u^{n}]$ 等于 $n u^{n - 1}$ ，其中 $n = 2$ 。

$\frac{(1 + \cos (x)) (2 u \frac{d}{d x} [\sin (x)]) - \sin^{2} (x) \frac{d}{d x} [1 + \cos (x)]}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 2.3

使用 $\sin (x)$ 替换所有出现的 $u$ 。

$\frac{(1 + \cos (x)) (2 \sin (x) \frac{d}{d x} [\sin (x)]) - \sin^{2} (x) \frac{d}{d x} [1 + \cos (x)]}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 3

将 $2$ 移到 $1 + \cos (x)$ 的左侧。

$\frac{2 \cdot (1 + \cos (x)) \sin (x) \frac{d}{d x} [\sin (x)] - \sin^{2} (x) \frac{d}{d x} [1 + \cos (x)]}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 4

$\sin (x)$ 对 $x$ 的导数为 $\cos (x)$ 。

$\frac{2 (1 + \cos (x)) \sin (x) \cos (x) - \sin^{2} (x) \frac{d}{d x} [1 + \cos (x)]}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 5

求微分。

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解题步骤 5.1

根据加法法则， $1 + \cos (x)$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{d}{d x} [1] + \frac{d}{d x} [\cos (x)]$ 。

$\frac{2 (1 + \cos (x)) \sin (x) \cos (x) - \sin^{2} (x) (\frac{d}{d x} [1] + \frac{d}{d x} [\cos (x)])}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 5.2

因为 $1$ 对于 $x$ 是常数，所以 $1$ 对 $x$ 的导数为 $0$ 。

$\frac{2 (1 + \cos (x)) \sin (x) \cos (x) - \sin^{2} (x) (0 + \frac{d}{d x} [\cos (x)])}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 5.3

将 $0$ 和 $\frac{d}{d x} [\cos (x)]$ 相加。

$\frac{2 (1 + \cos (x)) \sin (x) \cos (x) - \sin^{2} (x) \frac{d}{d x} [\cos (x)]}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 6

$\cos (x)$ 对 $x$ 的导数为 $- \sin (x)$ 。

$\frac{2 (1 + \cos (x)) \sin (x) \cos (x) - \sin^{2} (x) (- \sin (x))}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 7

乘。

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解题步骤 7.1

将 $- 1$ 乘以 $- 1$ 。

$\frac{2 (1 + \cos (x)) \sin (x) \cos (x) + 1 \sin^{2} (x) \sin (x)}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 7.2

将 $\sin^{2} (x)$ 乘以 $1$ 。

$\frac{2 (1 + \cos (x)) \sin (x) \cos (x) + \sin^{2} (x) \sin (x)}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 8

通过指数相加将 $\sin^{2} (x)$ 乘以 $\sin (x)$ 。

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解题步骤 8.1

将 $\sin^{2} (x)$ 乘以 $\sin (x)$ 。

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解题步骤 8.1.1

对 $\sin (x)$ 进行 $1$ 次方运算。

$\frac{2 (1 + \cos (x)) \sin (x) \cos (x) + \sin^{2} (x) \sin^{1} (x)}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 8.1.2

使用幂法则 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ 合并指数。

$\frac{2 (1 + \cos (x)) \sin (x) \cos (x) + {\sin (x)}^{2 + 1}}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 8.2

将 $2$ 和 $1$ 相加。

$\frac{2 (1 + \cos (x)) \sin (x) \cos (x) + \sin^{3} (x)}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 9

化简。

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解题步骤 9.1

运用分配律。

$\frac{(2 \cdot 1 + 2 \cos (x)) \sin (x) \cos (x) + \sin^{3} (x)}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 9.2

运用分配律。

$\frac{(2 \cdot 1 \sin (x) + 2 \cos (x) \sin (x)) \cos (x) + \sin^{3} (x)}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 9.3

运用分配律。

$\frac{2 \cdot 1 \sin (x) \cos (x) + 2 \cos (x) \sin (x) \cos (x) + \sin^{3} (x)}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 9.4

化简每一项。

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解题步骤 9.4.1

将 $2$ 乘以 $1$ 。

$\frac{2 \sin (x) \cos (x) + 2 \cos (x) \sin (x) \cos (x) + \sin^{3} (x)}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 9.4.2

使用正弦倍角公式。

$\frac{\sin (2 x) + 2 \cos (x) \sin (x) \cos (x) + \sin^{3} (x)}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 9.4.3

将 $2 \cos (x)$ 和 $\sin (x)$ 重新排序。

$\frac{\sin (2 x) + \sin (x) (2 \cos (x)) \cos (x) + \sin^{3} (x)}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 9.4.4

将 $\sin (x)$ 和 $2$ 重新排序。

$\frac{\sin (2 x) + 2 \cdot \sin (x) \cos (x) \cos (x) + \sin^{3} (x)}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 9.4.5

使用正弦倍角公式。

$\frac{\sin (2 x) + \sin (2 x) \cos (x) + \sin^{3} (x)}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

解题步骤 9.5

重新排序项。

$\frac{\cos (x) \sin (2 x) + \sin (2 x) + \sin^{3} (x)}{{(1 + \cos (x))}^{2}}$

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