题目
14.已知函数 (x)=(x)^2((e)^x-1) ,则 ^(5)(1)= __

题目解答
答案
:由题可知 $f(x)={x}^{2}({e}^{x}-1)$
所以 $f'(x)=2x({e}^{x}-1)+{x}^{2}{e}^{x}$
所以 $f''(x)=2({e}^{x}-1)+2x{e}^{x}+2x{e}^{x}+{x}^{2}{e}^{x}$
所以 $f'''(x)=2{e}^{x}+2(x+1){e}^{x}+2(x+1){e}^{x}+{x}^{2}{e}^{x}$
所以 $f''''(x)=2{e}^{x}+2(x+2){e}^{x}+2(x+2){e}^{x}+2(x+1){e}^{x}+{x}^{2}{e}^{x}$
所以 $f'''''(x)=2{e}^{x}+2(x+3){e}^{x}+2(x+3){e}^{x}+3(x+2){e}^{x}+{x}^{2}{e}^{x}$
所以 $f''''''(x)=2{e}^{x}+2(x+4){e}^{x}+2(x+4){e}^{x}+4(x+3){e}^{x}+{x}^{2}{e}^{x}$
所以 $f''''''(1)=2{e}^{1}+2(1+4){e}^{1}+2(1+4){e}^{1}+4(1+3){e}^{1}+{1}^{2}{e}^{1}=26{e}^{1}=26e$
所以 ${f}^{(5)}(1)=26e$
14.26e
所以 $f'(x)=2x({e}^{x}-1)+{x}^{2}{e}^{x}$
所以 $f''(x)=2({e}^{x}-1)+2x{e}^{x}+2x{e}^{x}+{x}^{2}{e}^{x}$
所以 $f'''(x)=2{e}^{x}+2(x+1){e}^{x}+2(x+1){e}^{x}+{x}^{2}{e}^{x}$
所以 $f''''(x)=2{e}^{x}+2(x+2){e}^{x}+2(x+2){e}^{x}+2(x+1){e}^{x}+{x}^{2}{e}^{x}$
所以 $f'''''(x)=2{e}^{x}+2(x+3){e}^{x}+2(x+3){e}^{x}+3(x+2){e}^{x}+{x}^{2}{e}^{x}$
所以 $f''''''(x)=2{e}^{x}+2(x+4){e}^{x}+2(x+4){e}^{x}+4(x+3){e}^{x}+{x}^{2}{e}^{x}$
所以 $f''''''(1)=2{e}^{1}+2(1+4){e}^{1}+2(1+4){e}^{1}+4(1+3){e}^{1}+{1}^{2}{e}^{1}=26{e}^{1}=26e$
所以 ${f}^{(5)}(1)=26e$
14.26e
解析
本题要求计算函数 $f(x) = x^2(e^x - 1)$ 的五阶导数在 $x=1$ 处的值。核心思路是通过逐次求导或利用莱布尼茨公式展开高阶导数。关键在于:
- 拆分函数:将 $f(x)$ 拆分为 $x^2 e^x$ 和 $-x^2$,分别求五阶导数后相减。
- 简化计算:注意到 $-x^2$ 的五阶导数为 $0$,只需计算 $x^2 e^x$ 的五阶导数。
- 莱布尼茨公式:利用乘积法则的高阶展开,结合 $x^2$ 的高阶导数特性(三阶及以上为 $0$),快速合并项。
步骤1:拆分函数
将 $f(x)$ 拆分为两部分:
$f(x) = x^2 e^x - x^2$
步骤2:分别求五阶导数
-
第一部分 $x^2 e^x$ 的五阶导数
使用莱布尼茨公式:
$(x^2 e^x)^{(5)} = \sum_{k=0}^{5} \binom{5}{k} (x^2)^{(5-k)} (e^x)^{(k)}$
由于 $x^2$ 的三阶及以上导数为 $0$,仅保留 $k \geq 3$ 的项:- $k=3$:$\binom{5}{3} \cdot 2 \cdot e^x = 10 \cdot 2 \cdot e^x = 20e^x$
- $k=4$:$\binom{5}{4} \cdot 2x \cdot e^x = 5 \cdot 2x \cdot e^x = 10x e^x$
- $k=5$:$\binom{5}{5} \cdot x^2 \cdot e^x = x^2 e^x$
合并得:
$(x^2 e^x)^{(5)} = 20e^x + 10x e^x + x^2 e^x$ -
第二部分 $-x^2$ 的五阶导数
显然为 $0$。
步骤3:代入 $x=1$
将 $x=1$ 代入第一部分的五阶导数:
$20e + 10 \cdot 1 \cdot e + 1^2 \cdot e = (20 + 10 + 1)e = 31e$