三阶导数公式的推导

更新时间:2025-12-25 12:07:26
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三阶导数公式的推导基于微分的链式法则和导数的线性性质。以下是具体过程:

1. 定义函数和其导数:设函数 \( f(x) \) 在某点 \( x \) 可导,则其导数 \( f'(x) \) 存在。

2. 应用链式法则:对 \( f'(x) \) 再次求导,得到 \( f''(x) \)。根据链式法则,\( f''(x) \) 可以表示为:
\[
f''(x) = \lim_{h \to 0} \frac{f'(x+h) - f'(x)}{h}
\]

3. 展开 \( f'(x+h) \):利用导数的定义,\( f'(x+h) \) 可以展开为:
\[
f'(x+h) = \lim_{k \to 0} \frac{f(x+h+k) - f(x+h)}{k}
\]

4. 代入并简化:将 \( f'(x+h) \) 的展开式代入 \( f''(x) \) 的定义中,得到:
\[
f''(x) = \lim_{h \to 0} \frac{\lim_{k \to 0} \frac{f(x+h+k) - f(x+h)}{k} - \lim_{k \to 0} \frac{f(x+h) - f(x)}{k}}{h}
\]

5. 应用极限的性质:由于 \( \lim_{k \to 0} \frac{f(x+h+k) - f(x+h)}{k} \) 和 \( \lim_{k \to 0} \frac{f(x+h) - f(x)}{k} \) 分别是 \( f''(x) \) 和 \( f'(x) \),所以上式可以简化为:
\[
f''(x) = \lim_{h \to 0} \frac{f''(x) - f'(x)}{h}
\]

6. 再次应用极限:由于 \( f''(x) \) 是常数,所以上式可以进一步简化为:
\[
f''(x) = \lim_{h \to 0} \frac{f''(x) - f'(x)}{h} = f'''(x)
\]

因此,我们得到了三阶导数公式:\( f'''(x) = \lim_{h \to 0} \frac{f''(x+h) - f''(x)}{h} \)。

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