链式法则

链式法则,台湾地区亦称连锁律(英语:Chain rule),用于求合成函数导数

正式表述

两函数   定义域 (  ) 、值域 (  ) 都包含于实数系   ,若可以定义合成函数   (也就是   ),且    可微分,且    可微分,则

 

也可以写成

 

例子

求函数  的导数。

 
 
 
 

求函数  的导数。

 
 
 

证明

严谨的证明需要以下连续函数的极限定理

   都是实函数,若可以定义合成函数  

  •  
  •  

则有

 


只要展开极限的δ-ε定义,并考虑   等于或不等于   的两种状况,这个极限定理就可以得证。

为了证明链式法则,定义一个函数   ,其定义域   , 而对应规则为

 

和一个函数   ,其定义域   , 而对应规则为

 

这样,考虑到   导数是以下函数(定义域为 )的极限

 

因为可微则必连续(根据乘法的极限性质),所以    连续、    连续,故根据上面的极限定理有

 

而且针对一开始可微的前提有

 

再根据乘法的极限性质

 

即为所求。  

多元复合函数求导法则

考虑函数z = f(x, y),其中x = g(t),y = h(t),g(t)和h(t)是可微函数,那么:

 

假设z = f(u, v)的每一个自变量都是二元函数,也就是说,u = h(x, y),v = g(x, y),且这些函数都是可微的。那么,z的偏导数为:

 
 

如果我们考虑

 

为一个向量函数,我们可以用向量的表示法把以上的公式写成f的梯度 的偏导数的数量积

 

更一般地,对于从向量到向量的函数,求导法则为:

 

高阶导数

复合函数的最初几个高阶导数为:

 
 
 
 

参见