Производная cot(pi*x)

Вы ввели

cot(pi*x)

$$\cot{\left(\pi x \right)}$$

d            
--(cot(pi*x))
dx           

$$\frac{d}{d x} \cot{\left(\pi x \right)}$$

Подробное решение

1. Есть несколько способов вычислить эту производную.

   Method #1

   1. Перепишем функции, чтобы дифференцировать:

      $\cot{\left(\pi x \right)} = \frac{1}{\tan{\left(\pi x \right)}}$

   2. Заменим $u = \tan{\left(\pi x \right)}$.

   3. В силу правила, применим: $\frac{1}{u}$ получим $- \frac{1}{u^{2}}$

   4. Затем примените цепочку правил. Умножим на $\frac{d}{d x} \tan{\left(\pi x \right)}$:

      1. Перепишем функции, чтобы дифференцировать:

         $\tan{\left(\pi x \right)} = \frac{\sin{\left(\pi x \right)}}{\cos{\left(\pi x \right)}}$

      2. Применим правило производной частного:

         $\frac{d}{d x} \frac{f{\left(x \right)}}{g{\left(x \right)}} = \frac{- f{\left(x \right)} \frac{d}{d x} g{\left(x \right)} + g{\left(x \right)} \frac{d}{d x} f{\left(x \right)}}{g^{2}{\left(x \right)}}$

         $f{\left(x \right)} = \sin{\left(\pi x \right)}$ и $g{\left(x \right)} = \cos{\left(\pi x \right)}$.

         Чтобы найти $\frac{d}{d x} f{\left(x \right)}$:

         1. Заменим $u = \pi x$.

         2. Производная синуса есть косинус:

            $\frac{d}{d u} \sin{\left(u \right)} = \cos{\left(u \right)}$

         3. Затем примените цепочку правил. Умножим на $\frac{d}{d x} \pi x$:

            1. Производная произведения константы на функцию есть произведение этой константы на производную данной функции.

               1. В силу правила, применим: $x$ получим $1$

               Таким образом, в результате: $\pi$

            В результате последовательности правил:

            $\pi \cos{\left(\pi x \right)}$

         Чтобы найти $\frac{d}{d x} g{\left(x \right)}$:

         1. Заменим $u = \pi x$.

         2. Производная косинус есть минус синус:

            $\frac{d}{d u} \cos{\left(u \right)} = - \sin{\left(u \right)}$

         3. Затем примените цепочку правил. Умножим на $\frac{d}{d x} \pi x$:

            1. Производная произведения константы на функцию есть произведение этой константы на производную данной функции.

               1. В силу правила, применим: $x$ получим $1$

               Таким образом, в результате: $\pi$

            В результате последовательности правил:

            $- \pi \sin{\left(\pi x \right)}$

         Теперь применим правило производной деления:

         $\frac{\pi \sin^{2}{\left(\pi x \right)} + \pi \cos^{2}{\left(\pi x \right)}}{\cos^{2}{\left(\pi x \right)}}$

      В результате последовательности правил:

      $- \frac{\pi \sin^{2}{\left(\pi x \right)} + \pi \cos^{2}{\left(\pi x \right)}}{\cos^{2}{\left(\pi x \right)} \tan^{2}{\left(\pi x \right)}}$

   Method #2

   1. Перепишем функции, чтобы дифференцировать:

      $\cot{\left(\pi x \right)} = \frac{\cos{\left(\pi x \right)}}{\sin{\left(\pi x \right)}}$

   2. Применим правило производной частного:

      $\frac{d}{d x} \frac{f{\left(x \right)}}{g{\left(x \right)}} = \frac{- f{\left(x \right)} \frac{d}{d x} g{\left(x \right)} + g{\left(x \right)} \frac{d}{d x} f{\left(x \right)}}{g^{2}{\left(x \right)}}$

      $f{\left(x \right)} = \cos{\left(\pi x \right)}$ и $g{\left(x \right)} = \sin{\left(\pi x \right)}$.

      Чтобы найти $\frac{d}{d x} f{\left(x \right)}$:

      1. Заменим $u = \pi x$.

      2. Производная косинус есть минус синус:

         $\frac{d}{d u} \cos{\left(u \right)} = - \sin{\left(u \right)}$

      3. Затем примените цепочку правил. Умножим на $\frac{d}{d x} \pi x$:

         1. Производная произведения константы на функцию есть произведение этой константы на производную данной функции.

            1. В силу правила, применим: $x$ получим $1$

            Таким образом, в результате: $\pi$

         В результате последовательности правил:

         $- \pi \sin{\left(\pi x \right)}$

      Чтобы найти $\frac{d}{d x} g{\left(x \right)}$:

      1. Заменим $u = \pi x$.

      2. Производная синуса есть косинус:

         $\frac{d}{d u} \sin{\left(u \right)} = \cos{\left(u \right)}$

      3. Затем примените цепочку правил. Умножим на $\frac{d}{d x} \pi x$:

         1. Производная произведения константы на функцию есть произведение этой константы на производную данной функции.

            1. В силу правила, применим: $x$ получим $1$

            Таким образом, в результате: $\pi$

         В результате последовательности правил:

         $\pi \cos{\left(\pi x \right)}$

      Теперь применим правило производной деления:

      $\frac{- \pi \sin^{2}{\left(\pi x \right)} - \pi \cos^{2}{\left(\pi x \right)}}{\sin^{2}{\left(\pi x \right)}}$

2. Теперь упростим:

   $- \frac{\pi}{\sin^{2}{\left(\pi x \right)}}$

---

Ответ:

$- \frac{\pi}{\sin^{2}{\left(\pi x \right)}}$

Первая производная

   /        2      \
pi*\-1 - cot (pi*x)/

$$\pi \left(- \cot^{2}{\left(\pi x \right)} - 1\right)$$

Вторая производная

    2 /       2      \          
2*pi *\1 + cot (pi*x)/*cot(pi*x)

$$2 \pi^{2} \left(\cot^{2}{\left(\pi x \right)} + 1\right) \cot{\left(\pi x \right)}$$

Третья производная

     3 /       2      \ /         2      \
-2*pi *\1 + cot (pi*x)/*\1 + 3*cot (pi*x)/

$$- 2 \pi^{3} \left(\cot^{2}{\left(\pi x \right)} + 1\right) \left(3 \cot^{2}{\left(\pi x \right)} + 1\right)$$

График