arctan函数的导数可以通过多种方法求得,以下是几种常见的方法和结果:
直接求导法
令 $y = \arctan(x)$,则 $x = \tan(y)$。
对 $x = \tan(y)$ 两边关于 $x$ 求导,得到:
$$
\frac{dx}{dy} = \sec^2(y)
$$
由于 $\sec^2(y) = 1 + \tan^2(y) = 1 + x^2$,所以:
$$
\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sec^2(y)} = \frac{1}{1 + x^2}
$$
因此,arctan函数的导数为 $\frac{1}{1 + x^2}$。
反函数求导法
设原函数为 $y = f(x)$,其反函数为 $x = f^{-1}(y)$。
根据反函数求导公式,有:
$$
\left( f^{-1}(y) \right)' = \frac{1}{f'(x)}
$$
对于 $y = \tan(x)$,其导数为 $\frac{d}{dx} \tan(x) = \sec^2(x) = 1 + \tan^2(x) = 1 + x^2$。
因此,反正切函数 $x = \arctan(y)$ 的导数为:
$$
\left( \arctan(y) \right)' = \frac{1}{1 + y^2}
$$
由于 $y = x$,所以:
$$
\left( \arctan(x) \right)' = \frac{1}{1 + x^2}
$$
综上所述,arctan函数的导数为 $\frac{1}{1 + x^2}$,这一结果通过多种方法得到了验证。