AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №2344

Условие

Найти общее выражение для производной порядка \(\displaystyle{n}\) от функции \(\displaystyle{y=\frac{x}{x^2-1}}\).

Решение

Разложим дробь \(\displaystyle{\frac{x}{x^2-1}}\) на элементарные дроби:

\[ \frac{x}{x^2-1} =\frac{x}{(x-1)(x+1)} =\frac{A}{x-1}+\frac{B}{x+1} =\frac{A(x+1)+B(x-1)}{(x-1)(x+1)} \]
\[ x=A(x+1)+B(x-1) \]
\[ \begin{aligned} & x=-1\;\Rightarrow\; -1=-2B;\;B=\frac{1}{2}.\\ & x=1\;\Rightarrow\; 1=2A;\;A=\frac{1}{2}. \end{aligned} \]
\[ \frac{x}{x^2-1} =\frac{1}{2}\cdot\frac{1}{x-1}+\frac{1}{2}\cdot\frac{1}{x+1} \]

В задаче 1206 была получена такая формула:

\[ \left(\frac{1}{ax+b}\right)^{(n)} =\frac{(-1)^n a^n n!}{(ax+b)^{n+1}} \]

Применяя данную формулу, будем иметь:

\[ y^{(n)} =\frac{1}{2}\cdot\left(\frac{1}{x-1}\right)^{(n)}+\frac{1}{2}\cdot\left(\frac{1}{x+1}\right)^{(n)}=\\ =\frac{1}{2}\cdot\frac{(-1)^n n!}{(x-1)^{n+1}} + \frac{1}{2}\cdot\frac{(-1)^n n!}{(x+1)^{n+1}} =\frac{(-1)^n\cdot{n!}}{2}\cdot\left(\frac{1}{(x-1)^{n+1}} + \frac{1}{(x+1)^{n+1}}\right) \]

Ответ:

\(\displaystyle{y^{(n)}=\frac{(-1)^n\cdot{n!}}{2}\cdot\left(\frac{1}{(x-1)^{n+1}} + \frac{1}{(x+1)^{n+1}}\right)}\)

Источники задачи

Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №3Производная и дифференциал. Дифференциальное исчисление
Параграф №5Повторное дифференцирование
Задача №1038