求变上限积分函数g(x)的导数g'(x):寻求解题提示与思路验证
求解$g'(x)$的步骤提示与验证
你的初始思路完全没问题,这正是解决变上下限积分求导的核心方法!我来一步步帮你梳理清楚:
1. 确认牛顿-莱布尼茨公式的应用正确性
对于变上下限积分 $\int_{a(x)}^{b(x)} f(t)\mathrm{d}t$,如果$G(t)$是$f(t)$的一个原函数(即$G'(t)=f(t)$),那么确实可以写成:
$$g(x) = G(\sin x) - G(\cos x)$$
你的这一步推导完全正确。
2. 应用链式法则求导
接下来需要对$g(x)$关于$x$求导,这里要用到链式法则——复合函数求导时,需要先对原函数的自变量求导,再乘以上下限函数对$x$的导数:
$$g'(x) = G'(\sin x) \cdot (\sin x)' - G'(\cos x) \cdot (\cos x)'$$
3. 代入已知条件化简
现在把已知的条件代入:
- 首先,$G'(t) = \sqrt{1-t^2}$,所以$G'(\sin x) = \sqrt{1-\sin^2 x}$,$G'(\cos x) = \sqrt{1-\cos^2 x}$
- 三角函数导数:$(\sin x)' = \cos x$,$(\cos x)' = -\sin x$
- 结合题目给定的区间$x \in \left[0,\frac{\pi}{2}\right]$,这个区间内$\sin x$和$\cos x$都是非负的,所以开根号后可以直接去掉绝对值:
$$\sqrt{1-\sin^2 x} = \sqrt{\cos^2 x} = \cos x$$
$$\sqrt{1-\cos^2 x} = \sqrt{\sin^2 x} = \sin x$$
4. 计算最终结果
把上述结果代入求导式:
$$
\begin{align*}
g'(x) &= \cos x \cdot \cos x - \sin x \cdot (-\sin x) \
&= \cos^2 x + \sin^2 x \
&= 1
\end{align*}
$$
额外提示
区间$\left[0,\frac{\pi}{2}\right]$的限制非常重要——如果超出这个区间,$\cos x$或$\sin x$可能为负,开根号后需要保留绝对值,结果就会变成$|\cos x|^2 + |\sin x|^2$,不过在题目给定的区间里,结果就是1。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Ghost
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