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d/dx 導數計算機

求任意多項式的導數。從最高次到常數項輸入係數,即時取得微分結果並顯示每一步。

這是什麼工具?

導數衡量函數隨輸入變化的改變量。它是數學中最有力的概念之一,捕捉了瞬時變化率的概念。位置函數的導數給出速度;速度的導數給出加速度;成本函數的導數給出邊際成本。在機器學習中,導數驅動梯度下降;在物理中,它們描述運動與變化;在經濟學中,它們建立邊際效應的模型。 對多項式而言,微分遵循冪次法則:d/dx [xⁿ] = n·xⁿ⁻¹。每一項獨立微分。例如 d/dx [3x³ + 2x² + 5x + 7] = 9x² + 4x + 5。常數項的微分永遠為零,因為常數不會變化。線性項 cx 變為 c(因為 cx¹ 微分為 1·cx⁰ = c)。 這個導數計算機可處理任意次數的多項式。你從 x 的最高次到常數項依序輸入係數,它會對每一項套用冪次法則,顯示完整的導數。所有運算都在你的瀏覽器中本機執行。

運作原理

微分的冪次法則指出,對任意項 c·xⁿ(其中 n > 0),導數為 c·n·xⁿ⁻¹。計算機依序處理每個係數。若你輸入係數 [a, b, c, d] 代表 ax³ + bx² + cx + d,結果為 3a·x² + 2b·x + c。常數 d 微分為零並從結果中消失。 計算機也能處理分數與負數係數。對 6x⁴ 這一項,導數為 24x³(6 乘以 4,指數減 1)。對 0.5x²,導數為 x(0.5 乘以 2,指數減 1)。結果永遠是比輸入低一次的多項式,因為每一項的指數都減少了 1。
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使用方法

  1. 從最高次到常數項依序輸入係數,以逗號分隔。
  2. 例如輸入 3,2,5,7 代表 3x³ + 2x² + 5x + 7。
  3. 點選計算以取得導數。
  4. 檢視每一項的逐步微分過程。
  5. 請留意常數項會從結果中消失。

常見問題

常數項會怎樣?

任何常數的導數都是零。這是因為常數不會變化,所以其變化率為零。當你對 3x² + 5x + 7 微分時,常數 7 產生 0 並從結果中消失。這就是為什麼微分會遺失資訊:你無法僅從導數還原原本的常數。

這個計算機能處理三角函數或指數函數嗎?

不能。本計算機使用多項式冪次法則,僅適用於 c·xⁿ 形式的項。三角函數(d/dx sin x = cos x)、指數(d/dx e^x = e^x)以及對數(d/dx ln x = 1/x)需要不同的法則,本工具不涵蓋。

導數與積分有什麼不同?

微分與積分互為反運算。微分將函數拆解為變化率,而積分則從變化率建構出函數。若你對函數微分再對結果積分,會得到原函數加上一個常數 C。兩者共同構成微積分基本定理。

導數在幾何上代表什麼?

函數在某一點的導數給出該點處切線的斜率。當導數為正時,函數遞增;為負時函數遞減;為零時,函數有水平切線(局部極大值、極小值或反曲點)。

技巧與建議

對多項式微分時,對每一項套用冪次法則:將係數乘以指數,再將指數減 1。常見的錯誤是只減指數而未乘:d/dx [x³] = 3x²,而不是 x²。另一個常見錯誤是忘記常數會消失:許多學生會將常數項留在導數中。驗算時可將結果積分:應得到原本的多項式加上一個任意常數 C。在最佳化問題中,將導數設為零以找出臨界點(函數可能有極大值或極小值之處)。二階導數可告訴你臨界點是極大值(二階導數為負)還是極小值(二階導數為正)。在機器學習中,損失函數對每個參數的導數告訴你如何調整該參數以降低損失,這正是梯度下降的核心。

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