Differentiation
P3 Textbook page 123 to 145
Part 1 - Operation rules
1.The Chain Rule
๐ผ Basics:
d y d x = d y d u ร d u d x Ifย y = ( f ( x ) ) n ย ,ย thenย d y d x = n ( f ( x ) ) n โ 1 f โฒ ( x ) Ifย y = f ( g ( x ) ) ย ,ย thenย d y d x = f โฒ ( g ( x ) ) g โฒ ( x )
\frac{d y}{d x}=\frac{d y}{d u} \times \frac{d u}{d x}\\[1em]
\text{If }y=(f(x))^n\text{ , then }\frac{dy}{dx}=n(f(x))^{n-1}f^{\prime}(x)\\[1em]
\text {If } y=f(g(x)) \text { , then } \frac{d y}{d x}=f^{\prime}(g(x)) g^{\prime}(x)
d x d y โ = d u d y โ ร d x d u โ Ifย y = ( f ( x ) ) n ย ,ย thenย d x d y โ = n ( f ( x ) ) n โ 1 f โฒ ( x ) Ifย y = f ( g ( x )) ย ,ย thenย d x d y โ = f โฒ ( g ( x )) g โฒ ( x )
Where y y y and u u u are two functions of x x x
The second and third expressions are just different ways to express the first
one
๐ก Example 1-1 y = ( 2 x 4 + x ) 5 d y d x = ? Letย u = 2 x 4 + x โด y = u 5 d u d x = 8 x 3 + 1 d y d u = 5 u 4 โต d y d x = d y d u ร d u d x โด d y d x = 5 u 4 ( 8 x 3 + 1 ) = 5 ( 2 x 4 + x ) 4 ( 8 x 3 + 1 )
y=(2x^4+x)^5\qquad
\frac{dy}{dx}=?
\\[2em]
\text{Let } u=2x^4+x\\[2ex]
\therefore y=u^5\\[2ex]
\frac{du}{dx}=8x^3+1\\[3ex]
\frac{dy}{du}=5u^4\\[3ex]
\because \frac{d y}{d x}=\frac{d y}{d u} \times \frac{d u}{d x}\\[3ex]
\begin{aligned}
\therefore \frac{dy}{dx}
&=5u^4(8x^3+1)\\[2ex]
&=5(2x^4+x)^4(8x^3+1)
\end{aligned}
y = ( 2 x 4 + x ) 5 d x d y โ = ? Letย u = 2 x 4 + x โด y = u 5 d x d u โ = 8 x 3 + 1 d u d y โ = 5 u 4 โต d x d y โ = d u d y โ ร d x d u โ โด d x d y โ โ = 5 u 4 ( 8 x 3 + 1 ) = 5 ( 2 x 4 + x ) 4 ( 8 x 3 + 1 ) โ
Thereโs no need to open the bracket(further simplification/reduction is not
needed)
๐น Trick
Itโs actually very easy, you just have to think that this is a function in side
a function, like a smaller function wrapped in a bigger one So you need to
differentiate the bigger one then multiply the differentiation of the inside
wrapped function
๐ง Note
We can also solve the equation by using the second and third formula in the
above Basics sections We can let y = f ( x ) = 3 x 4 + 5 y=f(x)=3x^4+5 y = f ( x ) = 3 x 4 + 5 , and we need to find the
derivative of y 5 = ( f ( x ) ) 5 y^5=(f(x))^5 y 5 = ( f ( x ) ) 5
Or we can let g ( x ) = 3 x 4 + 5 g(x)=3x^4+5 g ( x ) = 3 x 4 + 5 , f ( x ) = x 5 f(x)=x^5 f ( x ) = x 5 , and find the derivative of
f ( g ( x ) ) = ( 3 x 4 + 5 ) 5 f(g(x))=(3x^4+5)^5 f ( g ( x )) = ( 3 x 4 + 5 ) 5 (If you donโt understand this part, you need to revisit
Function)
You can practice Exercise 6C on page 130
2.The Product Rule
๐ผ Basics:
Ifย y = u v ย ,ย thenย d y ย d x = u d v ย d x + v d u ย d x
\text {If } y=uv \text { , then } \frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{~d} x}=u \frac{\mathrm{d} v}{\mathrm{~d} x}+v \frac{\mathrm{d} u}{\mathrm{~d} x}
Ifย y = uv ย ,ย thenย ย d x d y โ = u ย d x d v โ + v ย d x d u โ
Where v v v and v v v are two functions of x x x
๐ก Example 1-2 Givenย thatย f ( x ) = x 2 3 x โ 1 f โฒ ( x ) = ? Letย u = x 2 ย andย v = 3 x โ 1 = ( 3 x โ 1 ) 1 2 โด d u d x = 2 x d v d x = 3 โ
1 2 ( 3 x โ 1 ) โ 1 2 โต g d y d x = u d v d x + v d u d x โด f โฒ ( x ) = x 2 โ
3 2 ( 3 x โ 1 ) โ 1 2 + 3 x โ 1 โ
2 x = 3 x 2 + 12 x 2 โ 4 x 2 3 x โ 1 = 15 x 2 โ 4 x 2 3 x โ 1 = x ( 15 x โ 4 ) 2 3 x โ 1
\text{Given that }f(x)=x^2\sqrt{3x-1}\qquad f^{\prime}(x)=?\\[2em]
\text{Let } u=x^{2} \text{ and } v=\sqrt{3 x-1}=(3 x-1)^{\frac{1}{2}}\\[2ex]
\therefore \frac{d u}{d x}=2x\qquad
\frac{d v}{d x}=3 \cdot \frac{1}{2}(3 x-1)^{-\frac{1}{2}}\\[3ex]
\because g \frac{d y}{d x}=u \frac{d v}{d x}+v \frac{d u}{d x}\\[3ex]
\begin{aligned}
\therefore f^{\prime}(x)&=x^{2} \cdot \frac{3}{2}(3 x-1)^{-\frac{1}{2}}+\sqrt{3 x-1} \cdot 2 x\\[3ex]
&=\frac{3 x^{2}+12 x^{2}-4 x}{2 \sqrt{3 x-1}} \\[3ex]
&=\frac{15 x^{2}-4 x}{2 \sqrt{3 x-1}}=\frac{x(15 x-4)}{2 \sqrt{3 x-1}}
\end{aligned}
Givenย thatย f ( x ) = x 2 3 x โ 1 โ f โฒ ( x ) = ? Letย u = x 2 ย andย v = 3 x โ 1 โ = ( 3 x โ 1 ) 2 1 โ โด d x d u โ = 2 x d x d v โ = 3 โ
2 1 โ ( 3 x โ 1 ) โ 2 1 โ โต g d x d y โ = u d x d v โ + v d x d u โ โด f โฒ ( x ) โ = x 2 โ
2 3 โ ( 3 x โ 1 ) โ 2 1 โ + 3 x โ 1 โ โ
2 x = 2 3 x โ 1 โ 3 x 2 + 12 x 2 โ 4 x โ = 2 3 x โ 1 โ 15 x 2 โ 4 x โ = 2 3 x โ 1 โ x ( 15 x โ 4 ) โ โ
You can practice Exercise 6D on page 133
3.The Quotient Rule
๐ผ Basics:
Ifย y = u v ย ,ย thenย d y d x = v d u d x โ u d v d x v 2 Ifย f ( x ) = g ( x ) h ( x ) ย ,ย thenย f โฒ ( x ) = h ( x ) g โฒ ( x ) โ g ( x ) h โฒ ( x ) ( h ( x ) ) 2
\text{If }y=\frac uv \text{ , then }\frac{dy}{dx}={{v\frac{du}{dx}-u\frac{dv}{dx}}\over v^2}\\[2em]
\text{If }f(x)=\frac{g(x)}{h{(x)}}\text{ , then }f^{\prime}(x)=\frac{h(x) g^{\prime}(x)-g(x) h^{\prime}(x)}{(h(x))^{2}}
Ifย y = v u โ ย ,ย thenย d x d y โ = v 2 v d x d u โ โ u d x d v โ โ Ifย f ( x ) = h ( x ) g ( x ) โ ย ,ย thenย f โฒ ( x ) = ( h ( x ) ) 2 h ( x ) g โฒ ( x ) โ g ( x ) h โฒ ( x ) โ
Where u u u and v v v are two functions of x x x
The second expression is just different ways to express the first one
โ
Quotient rule is just a special case of the product rule, y = u v y=uv y = uv , where v v v
is now v โ 1 v^{-1} v โ 1 ๏ผit can be deduced by the product rule
๐ก Example 1-3 Givenย thatย y = x 2 x + 5 y โฒ ( x ) = ? Letย u = x ย andย v = 2 x + 5 โด d u d x = 1 d v d x = 2 โต d y d x = v d u d x โ u d v d x v 2 โด y โฒ = ( 2 x + 5 ) โ
1 โ x โ
2 ( 2 x + 5 ) 2 = 5 ( 2 x + 5 ) 2
\text{Given that }y=\frac {x}{2x+5}\qquad y^{\prime}(x)=?\\[2em]
\text{Let } u=x \text{ and } v=2x+5\\[3ex]
\therefore \frac{du}{dx}=1\qquad
\frac{dv}{dx}=2\\[3ex]
\because \frac{dy}{dx}={{v\frac{du}{dx}-u\frac{dv}{dx}}\over v^2}\\[3ex]
\begin{aligned}
\therefore y^{\prime}&=\frac{(2x+5)\cdot 1-x\cdot 2}{(2x+5)^2}\\[3ex]
&=\frac{5}{(2x+5)^2}
\end{aligned}
Givenย thatย y = 2 x + 5 x โ y โฒ ( x ) = ? Letย u = x ย andย v = 2 x + 5 โด d x d u โ = 1 d x d v โ = 2 โต d x d y โ = v 2 v d x d u โ โ u d x d v โ โ โด y โฒ โ = ( 2 x + 5 ) 2 ( 2 x + 5 ) โ
1 โ x โ
2 โ = ( 2 x + 5 ) 2 5 โ โ
You can practice Exercise 6E on page 135
Part 2 - Trigs & Logs & Exponentials
1. Beginner
๐ผ Basics:
y = sin โก k x y โฒ = k cos โก k x y = cos โก k x y โฒ = โ k sin โก k x y = e k x y โฒ = k ย e k x y = l n ย k x y โฒ = k ย 1 x
y=\sin kx\qquad
y^{\prime}=k\cos kx \\[2ex]
y=\cos kx \qquad
y^{\prime}=-k\sin kx \\[2ex]
y=e^{kx} \qquad
y^{\prime}=k\ e^{kx}\\[2ex]
y=ln\ kx \qquad
y^{\prime}=k \ \frac 1x \\[2ex]
y = sin k x y โฒ = k cos k x y = cos k x y โฒ = โ k sin k x y = e k x y โฒ = k ย e k x y = l n ย k x y โฒ = k ย x 1 โ
โ ๏ธ Proof the derivative of s i n ย x sin\ x s in ย x and c o s ย x cos\ x cos ย x by fisrt principal
First you need to know the small angle approximation(saa) for s i n sin s in and c o s cos cos
(saa = when x approaches 0, the value of s i n ย x ย andย c o s ย x sin\ x \text{ and }cos\ x s in ย x ย andย cos ย x )
s i n ย x โ x sin\ x\approx x s in ย x โ x , c o s ย x โ 1 โ 1 2 x 2 cos\ x\approx1-\frac1 {2}x^2 cos ย x โ 1 โ 2 1 โ x 2 , x x x is in radians
You donโt need to know how to prove saa, it is not required by the exam
(But if you are really interested in it,
click here to see a video explanation )
Now by using saa we can find the value of following limits
lim โก h โ 0 sin โก h h = lim โก h โ 0 h h = 1 lim โก h โ 0 cos โก h โ 1 h = lim โก h โ 0 1 โ 1 2 h 2 โ 1 h = lim โก _ h โ 0 ( โ 1 2 h ) = 0
\lim _{h \rightarrow 0} \frac{\sin h}{h}=\lim _{h \rightarrow 0} \frac{h}{h}=1\\[2em]
\lim _{h \rightarrow 0} \frac{\cos h-1}{h}=\lim _{h \rightarrow 0} \frac{1-\frac{1}{2} h^{2}-1}{h}=\lim \_{h \rightarrow 0}\left(-\frac{1}{2} h\right)=0
h โ 0 lim โ h sin h โ = h โ 0 lim โ h h โ = 1 h โ 0 lim โ h cos h โ 1 โ = h โ 0 lim โ h 1 โ 2 1 โ h 2 โ 1 โ = lim _ h โ 0 ( โ 2 1 โ h ) = 0
You donโt have to memorise the limit, if the relevant topic is tested, the
question will provide the hint of the limit for you
Now Letโs prove the derivative!
Let f ( x ) = sin โก x f โฒ ( x ) = lim โก h โ 0 f ( x + h ) โ f ( x ) h = lim โก h โ 0 sin โก ( x + h ) โ sin โก x h = lim โก h โ 0 sin โก x cos โก h + cos โก x sin โก h โ sin โก x h = lim โก h โ 0 ( c o s h โ 1 h ) sin โก x + ( sin โก h h ) cos โก x Sinceย cos โก h โ 1 h โ 0 ย andย sin โก h h โ 1 Theย expressionย insideย theย limitย tendsย to 0 ร sin โก x + 1 ร cos โก x Soย lim โก _ h โ 0 sin โก ( x + h ) โ sin โก x h = cos โก x Henceย theย derivativeย ofย sin โก x ย isย cos โก x .
\text{Let} \quad f(x) =\sin x\\[2em]
\begin{aligned}
f^{\prime}(x)
&=\lim _{h \rightarrow 0} \frac{f(x+h)-f(x)}{h} \\[3ex]
&=\lim _{h \rightarrow 0} \frac{\sin (x+h)-\sin x}{h}\\[3ex]
&=\lim _{h \rightarrow 0} \frac{\sin x \cos h+\cos x \sin h-\sin x}{h} \\[3ex]
&=\lim _{h \rightarrow 0} \left(\frac{cos h-1}{h}\right)\sin x + \left(\frac{\sin h}{h}\right)\cos x
\end{aligned}
\\[3ex]
\text{Since }\quad \frac{\cos h-1}{h} \rightarrow 0 \quad
\text{ and } \quad
\frac{\sin h}{h} \rightarrow 1 \\[3ex]
\text{The expression inside the limit tends to}\\[3ex]
0 \times \sin x+1 \times \cos x\\[3ex]
\text{So } \lim \_{h \rightarrow 0} \frac{\sin (x+h)-\sin x}{h}=\cos x \\[3ex]
\text{Hence the derivative of } \sin x \text{ is } \cos x.
Let f ( x ) = sin x f โฒ ( x ) โ = h โ 0 lim โ h f ( x + h ) โ f ( x ) โ = h โ 0 lim โ h sin ( x + h ) โ sin x โ = h โ 0 lim โ h sin x cos h + cos x sin h โ sin x โ = h โ 0 lim โ ( h cos h โ 1 โ ) sin x + ( h sin h โ ) cos x โ Sinceย h cos h โ 1 โ โ 0 ย andย h sin h โ โ 1 Theย expressionย insideย theย limitย tendsย to 0 ร sin x + 1 ร cos x Soย lim _ h โ 0 h sin ( x + h ) โ sin x โ = cos x Henceย theย derivativeย ofย sin x ย isย cos x .
Try the derivative of cos โก x \cos x cos x yourself. The answer is on page 124 of P3 text
book.
๐ฅ If you donโt have the textbook, hit us on Wechat, we will send you for free!
๐ก Example 2-1 Ifย y = 4 cos โก 4 x y โฒ = ? โต y = cos โก k x y โฒ = โ k sin โก k x โด ย y โฒ = โ 4 sin โก 4 x โ
4 = โ 16 sin โก 4 x
\text{If }y=4\cos 4x \qquad y^{\prime}=? \\[2em]
\because y=\cos kx \qquad
y^{\prime}=-k\sin kx\\[2ex]
\therefore \ y^{\prime}=-4\sin 4x \cdot 4=-16\sin 4x
Ifย y = 4 cos 4 x y โฒ = ? โต y = cos k x y โฒ = โ k sin k x โด ย y โฒ = โ 4 sin 4 x โ
4 = โ 16 sin 4 x
Easy, right? Itโs just cos โก x \cos x cos x with 4 x 4x 4 x plus the chain rule!
You can practice Exercise 6A on page 125
๐ก Example 2-2 Ifย y = 4 e 2 x y โฒ = ? โต ย y = e k x y โฒ = k ย e k x โด ย y โฒ = 4 e 2 x โ
2 = 8 e 2 x
\text{If }y=4e^{2x} \qquad y^{\prime}=? \\[2em]
\because \ y=e^{kx} \qquad
y^{\prime}=k\ e^{kx}\\[2ex]
\therefore \ y^{\prime}=4e^{2x}\cdot 2 = 8e^{2x}
Ifย y = 4 e 2 x y โฒ = ? โต ย y = e k x y โฒ = k ย e k x โด ย y โฒ = 4 e 2 x โ
2 = 8 e 2 x
๐ก Example 2-3 Ifย y = 4 l n 2 x y โฒ = ? โต y = l n ย k x y โฒ = k 1 x โด ย y โฒ = 4 โ
1 2 x โ
2 = 4 x
\text{If }y=4ln2x \qquad y^{\prime}=? \\[2em]
\because y=ln\ kx \qquad
y^{\prime}=k\frac 1x\\[2ex]
\therefore \ y^{\prime}=4 \cdot \frac 1{2x} \cdot 2= \frac{4}{x}
Ifย y = 4 l n 2 x y โฒ = ? โต y = l n ย k x y โฒ = k x 1 โ โด ย y โฒ = 4 โ
2 x 1 โ โ
2 = x 4 โ
๐ณ๏ธ Something trickier
y = a x y โฒ = ? Firstย weย needย toย convertย a x toย somthingย withย baseย e ? y = a x = e ln โก a x = e x ln โก a
y=a^x \qquad y^{\prime}=? \\[2em]
\text{First we need to convert }a^x \text{to somthing with base } e^? \\[2ex]
\begin{align*}
y&=a^x\\
&=e^{\ln a^x}\\
&=e^{x\ln a}
\end{align*}
y = a x y โฒ = ? Firstย weย needย toย convertย a x toย somthingย withย baseย e ? y โ = a x = e l n a x = e x l n a โ
โ ๏ธThis is because:
Letโs assume e b = a x e^b=a^x e b = a x
Then log โก e a x = b \log_e{a^x}=b log e โ a x = b
โด ย a x = e b = e l o g e a x = e ln โก a x \therefore\ a^x=e^b= e^{log_ea^x}=e^{\ln a^x} โด ย a x = e b = e l o g e โ a x = e l n a x
If you donโt understand this, you need to revisit logarithms
Now we can continue our differentiation:
y โฒ = e x ln โก a โ
ln โก a = a x ln โก a
\begin{align*}
y^{\prime}&=e^{x\ln a}\cdot \ln a\\[1ex]
&=a^x\ln a
\end{align*}
y โฒ โ = e x l n a โ
ln a = a x ln a โ
โ ๏ธYou donโt have memorize this, it will be on the formula sheet
But I highly recommend you to practice it
Remember ln โก a \ln a ln a is just a constant so the derivative of x ln โก a x\ln a x ln a is just
ln โก a \ln a ln a
โณ Example 2-4 Ifย y = 3 e 3 x + 2 3 x y โฒ = ? y = 3 e 3 x + e 3 x ln โก 2 ย y โฒ = 3 e 3 x โ
ย 3 ย + 2 3 x ย โ
ย 3 ln โก 2
\text{If }y=3e^{3x}+2^{3x} \qquad y^{\prime}=? \\[2em]
y=3e^{3x}+e^{3x\ln 2} \\[2ex]
\ y^{\prime}=3e^{3x}\cdot\ 3\ +2^{3x}\ \cdot\ 3\ln 2
Ifย y = 3 e 3 x + 2 3 x y โฒ = ? y = 3 e 3 x + e 3 x l n 2 ย y โฒ = 3 e 3 x โ
ย 3 ย + 2 3 x ย โ
ย 3 ln 2
You can practice Exercise 6B on page 127
๐ผ Basics
d y d x = 1 d x d y y = arcsin โก x d y d x = 1 1 โ x 2 y = arccos โก x d y d x = 1 1 โ x 2 y = arctan โก x d y d x = 1 1 + x 2
\frac{dy}{dx}=\frac{1}{\frac{dx}{dy}}\\[3ex]
y=\arcsin x \qquad
\frac{dy}{dx}=\frac{1}{\sqrt{1-x^{2}}}\\[3ex]
y=\arccos x \qquad \frac{dy}{dx}=\frac{1}{\sqrt{1-x^{2}}}\\[3ex]
y=\arctan x \qquad
\frac{dy}{dx}=\frac{1}{1+x^{2}}
d x d y โ = d y d x โ 1 โ y = arcsin x d x d y โ = 1 โ x 2 โ 1 โ y = arccos x d x d y โ = 1 โ x 2 โ 1 โ y = arctan x d x d y โ = 1 + x 2 1 โ
a r c arc a rc is the inverse function of the trigonometric functions
If sin โก x = b \sin x=b sin x = b , then arcsin โก b = x \arcsin b =x arcsin b = x
๐ก Example 2-5 y = arcsin โก x y โฒ = ? โด ย sin โก y = x d x d y = cos โก y sin โก 2 y + cos โก 2 y = 1 d x d y = cos โก y = 1 โ sin โก 2 y = 1 โ x 2 โด ย d y d x = 1 1 โ x 2
y=\arcsin x \qquad y^{\prime}=? \\[2em]
\therefore\ \sin y=x\\[2ex]
\frac{dx}{dy}=\cos y\\[3ex]
\sin^2y+\cos^2y=1\\[2ex]
\frac{dx}{dy}=\cos y=\sqrt{1-\sin^2y}=\sqrt{1-x^2}\\[3ex]
\therefore\ \frac{dy}{dx}=\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}
y = arcsin x y โฒ = ? โด ย sin y = x d y d x โ = cos y sin 2 y + cos 2 y = 1 d y d x โ = cos y = 1 โ sin 2 y โ = 1 โ x 2 โ โด ย d x d y โ = 1 โ x 2 โ 1 โ
Try prove the rest by yourself. The examples are on P3 textbook page 139 to140
โ Your turn y = sin โก 5 x y โฒ = ?
y=\sin^5x \qquad y^{\prime}=?
y = sin 5 x y โฒ = ? Hint sin โก 5 x = ( sin โก x ) 5 = ( f ( x ) ) 5 \sin^5x=(\sin x)^5=\left(f(x)\right)^5 sin 5 x = ( sin x ) 5 = ( f ( x ) ) 5 Use the product rule
๐๏ธAnswer key y โฒ = 5 ย โ
ย sin โก 4 x ย โ
ย cos โก x
y^{\prime}=5\ \cdot\ \sin ^4 x\ \cdot\ \cos x
y โฒ = 5 ย โ
ย sin 4 x ย โ
ย cos x โ A Harder one
y = x 2 tan โก 1 2 x + tan โก ( x โ 1 2 )
y=x^{2} \tan \frac{1}{2} x+\tan \left(x-\frac{1}{2}\right) \qquad
y = x 2 tan 2 1 โ x + tan ( x โ 2 1 โ ) Hint tan โก x = sin โก x cos โก x \tan x=\frac{\sin x}{\cos x} tan x = c o s x s i n x โ , use the quotient rule and the first part
of the equation is product rule (y = u v y=uv y = uv )
๐๏ธAnswer key y = x 2 tan โก 2 x + tan โก ( x โ 1 2 ) y โฒ = ? u = x 2 v = tan โก 2 x u โฒ = 2 x v โฒ = ( sin โก 2 x cos โก 2 x ) โฒ = cos โก 2 x โ
2 โ
cos โก 2 x ย โ ย ( โ sin โก 2 x ) โ
2 โ
sin โก 2 x cos โก 2 2 x = 2 cos โก 2 2 x ย + ย 2 sin โก 2 2 x cos โก 2 2 x = 2 ( cos โก 2 2 x + sin โก 2 2 x ) ย c o s 2 2 x = 2 cos โก 2 2 x = 2 sec โก 2 2 x Nowย weย know: tan โก k x = k sec โก k x โด Theย secondย partย ofย theย quationย is: ( tan โก ( x โ 1 2 ) ) โฒ = sec โก 2 ( x โ 1 2 ) โ
1 โด ย y โฒ = u โฒ v + v โฒ u + sec โก 2 ( x โ 1 2 ) = 2 x โ
tan โก 2 x + ย 2 sec โก 2 2 x โ
x 2 ย + sec โก 2 ( x โ 1 2 )
y=x^{2} \tan 2x+\tan \left(x-\frac{1}{2}\right)\qquad y^{\prime}=?\\[2em] u=x^2
\qquad v=\tan 2x \\[3ex] u^{\prime}=2x\\[3ex] \begin{align*}
v^{\prime}=\left(\frac {\sin 2x}{ \cos 2x}\right)^{\prime} &={\cos 2x \cdot 2
\cdot \cos 2x \ -\ (-\sin 2x)\cdot 2 \cdot \sin 2x \over \cos^2 2x}\\[3ex]
&={2\cos^2 2x \ + \ 2\sin^2 2x\over \cos^2 2x}\\[3ex] &={2(\cos^2 2x +\sin^2
2x)\over \ cos^2 2x}\\[3ex] &=\frac 2{\cos^2 2x}\\[3ex] &=2\sec^2 2x
\end{align*} \\[3ex] \text{Now we know:}\\[3ex] \tan kx =k\sec kx\\[3ex]
\therefore \text{The second part of the quation is:}\\[2ex] \left( \tan
\left(x-\frac{1}{2}\right) \right)^{\prime}=\sec^2 \left( {x- \frac 12} \right)
\cdot 1\\[3ex] \begin{align*} \therefore \ y^{\prime}
&=u^{\prime}v+v^{\prime}u+\sec^2 \left( {x- \frac 12} \right)\\[3ex] &=2x \cdot
\tan 2x +\
2\sec^2 2x \cdot x^2 \ + \sec^2 \left( {x- \frac 12} \right) \end{align*}
y = x 2 tan 2 x + tan ( x โ 2 1 โ ) y โฒ = ? u = x 2 v = tan 2 x u โฒ = 2 x v โฒ = ( cos 2 x sin 2 x โ ) โฒ โ = cos 2 2 x cos 2 x โ
2 โ
cos 2 x ย โ ย ( โ sin 2 x ) โ
2 โ
sin 2 x โ = cos 2 2 x 2 cos 2 2 x ย + ย 2 sin 2 2 x โ = ย co s 2 2 x 2 ( cos 2 2 x + sin 2 2 x ) โ = cos 2 2 x 2 โ = 2 sec 2 2 x โ Nowย weย know: tan k x = k sec k x โด Theย secondย partย ofย theย quationย is: ( tan ( x โ 2 1 โ ) ) โฒ = sec 2 ( x โ 2 1 โ ) โ
1 โด ย y โฒ โ = u โฒ v + v โฒ u + sec 2 ( x โ 2 1 โ ) = 2 x โ
tan 2 x + ย 2 sec 2 2 x โ
x 2 ย + sec 2 ( x โ 2 1 โ ) โ
When you finish the question, or you read the answer key, you will find than we
can also derivative tan โก x \tan x tan x and other trigonometric equations.
Following are the cheat sheet for the derivative of further trigonometric
functions. But we high recommend you be familiar with them.
You donโt have to memorize these. These will be on provided on the formula book
during exams.
Formula Book
๐ผ Further trig derivatives
y = tan โก k x d y d x = k sec โก 2 k x y = cosec โก k x d y d x = โ k cosec โก k x โ
cot โก k x y = sec โก k x d y d x = k sec โก k x โ
tan โก k x y = cot โก k x d y d x = โ k cosec โก 2 k x
\begin{aligned}&y=\tan k x \qquad \frac{dy}{dx}=k \sec ^{2} k x \\[3ex]
&y=\operatorname{cosec} k x \quad \frac{{d} y}{dx}=-k \operatorname{cosec} k x
\cdot \cot k x \\[3ex] &y=\sec k x \qquad \frac{\mathrm{d} y}{{d} x}=k \sec k x
\cdot \tan k x \\[3ex] &y=\cot k x \qquad \frac{{d} y}{{d} x}=-k
\operatorname{cosec}^{2} k x\end{aligned}
โ y = tan k x d x d y โ = k sec 2 k x y = cosec k x d x d y โ = โ k cosec k x โ
cot k x y = sec k x d x d y โ = k sec k x โ
tan k x y = cot k x d x d y โ = โ k cosec 2 k x โ
Try prove other trig functions than tan โก x \tan x tan x , the examples are in page 137 to
You can practice Exercise 6F on page 140
๐ Congrats ๐! This is the end of the chapter, complete the exercise between page 123 and 143 on the text book. You can skip some if they are too simple, but we highly recommend ๐ช you to finish all the questions in the โChapter reviewโ section (Page 142).
If you donโt have the textbook or the answers to the practice questions, ๐ฅ hit us on Discord we will send you for free ๐๐ผ.
We know it is a big chapter, so start practicing๐จ๐จ๐จ The more you practice,
the better you get โผ๏ธ