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关于化简函数$f(x)=\frac{\log^3 x}{1-x}$($0<x<1$)的n阶导数的技术问询

关于化简函数$f(x)=\frac{\log^3 x}{1-x}$($0<x<1$)的n阶导数的技术问询

各位好,我现在需要化简函数$f(x)=\frac{\log^3 x}{1-x}$(其中$0<x<1$)的n阶导数,目前我已经做了一些推导,想请大家帮忙看看能不能进一步简化这个结果:

我的推导步骤:

  1. 函数分解:
    我把$f(x)$拆成四个函数的乘积形式:$f(x)=u_1u_2u_3u_4$,其中$u_1=u_2=u_3=\log x$,$u_4=\frac{1}{1-x}$。

  2. 应用莱布尼茨乘积法则:
    对于多个函数乘积的n阶导数,使用莱布尼茨法则得到:
    $$f^{(n)}(x)=\sum_{k_1+k_2+k_3+k_4=n} \binom{n}{k_{1},k_{2},k_{3},k_{4}}u_1{(k_{1})}u_2{(k_{2})}u_3{(k_{3})}u_4{(k_{4})}$$
    这里的$\binom{n}{k_{1},k_{2},k_{3},k_{4}}$是多项式系数,即$\frac{n!}{k_1!k_2!k_3!k_4!}$。

  3. 代入各函数的n阶导数公式:
    已知各函数的k阶导数:

    • 对于$u_1,u_2,u_3$:$u_i{(k_i)}=\frac{(-1){k_i+1} (k_i-1)!}{x^{k_i}}$($i=1,2,3$)
    • 对于$u_4$:$u_4{(k_4)}=\frac{k_4!}{(1-x){1+k_4}}$
  4. 代入后化简:
    将这些导数代入莱布尼茨公式,经过整理后得到:
    $$f^{(n)}(x)=\sum_{k_1+k_2+k_3+k_4=n} \left(\frac{n!}{k_1!k_2!k_3!k_4!}\right)\frac{(-1)^{k_1+1} (k_1-1)!(-1)^{k_2+1} (k_2-1)!(-1)^{k_3+1} (k_3-1)!k_4!}{x^{k_1+k_2+k_3} (1-x)^{1+k_4}} $$

    进一步约去阶乘项后:
    $$f^{(n)}(x)=n!\sum_{k_1+k_2+k_3+k_4=n} \frac{(-1)^{k_1+k_2+k_3+1}}{k_1k_2k_3 x{k_1+k_2+k_3}(1-x){1+k_4}} $$

    最后调整指数形式,利用$k_1+k_2+k_3 = n - k_4$,将$(-1){k_1+k_2+k_3}$转化为$(-1){n - k_4}$,整理后得到:
    $$f{(n)}(x)=\frac{n!(-1){n+1}}{x^n}\sum_{k_1+k_2+k_3+k_4=n} \frac{(-1){k_4}}{k_1k_2k_3}\frac{x{k_4}}{(1-x)^{1+k_4}} $$

目前我就推到这一步了,这个求和式看起来还是比较复杂,希望能得到大家的帮助,看看能不能把这个求和式进一步简化,或者有没有其他更简便的方法来推导这个n阶导数,非常感谢!

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Max

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最近更新时间:2026.04.20 06:48:02