导数能不能通过除法 dy/dx 的求出？
导数能不能通过除法 dy/dx 的求出？
在微积分的学习中，很多人会将导数dy/dx误解为除法运算的结果。本文将从导数和微分的定义出发，详细解释为什么这种理解是错误的，并探讨这种误解产生的原因。
关于导数、微分，我们写过相当多的文章：
- 微分是什么？
- dx，dy是什么？
- 微分和导数的关系是什么？
- 重新理解导数和微分
但仍然有很多可以讨论的话题，比如，导数能不能通过除法求出？这个答案非常明确，不能！
那为什么这个问题还值得讨论？主要是由于在微积分发展历史上符号混乱，导致同学们产生了误解，并且误解还被不断的强化：
- 导数定义的时候，使用的符号虽然不是除法，但看上去像除法
- 在微分定义中，使用的符号确实又是除法
- 在一些求导法则中，用除法来理解确实可以得到正确的结果，但必须指出这种理解方式是一种歪打正着，在本质上是错误的
下面逐一来解释。
1. 导数
先从导数的定义说起。已知某曲线
以及点：
如果想求该点导数的话，可以通过如下的极限式求出，并且在数学中一般用
或
来表示导数：
或
这两个符号有个问题，没有指明是对
求导（这点的重要性在本文后面计算链式法则时就可以看出），所以数学家又引入了如下的符号：
有时候为了写起来省事，上面符号又变为了：
就是这种写法开始让同学有点混淆了，以为导数是除法
的结果。其实上述符号的红色部分应该看作整体，然后和
一起（即等号的左侧）代表了右侧的极限式。所以这里是不可能拆分出
和
来，也就是导数不是由除法求出的。
2. 微分
进一步的误解产生于微分的出现，本节就来解释下。如果将导数
当作斜率的话，就可以在
点求出用于近似曲线
的切线
（可以参考重新理解导数和微分）：
该切线
的方程为：
在数学中因为种种原因（可以参考dx，dy是什么？），往往会在切点建立坐标系，横坐标记作
，纵坐标记作
。此时符号就开始混淆了，其实这里的
、
和导数
毫无关系：
在
坐标系中，切线方程就非常简单了（其中
，关于这点也可以参考dx，dy是什么？）：
此时切线也被称为微分，并且可以推出：
在这里就产生了更大的混淆，仿佛导数
就是由
和
相除得到的。但要注意这里的逻辑顺序：
反过来是不成立的。也就是说不可能通过
和
相除求出导数
，因为在两者相除之前
已经存在了。
3. 导数和微分
综上，根据导数定义、微分定义分别可以得到：
两者看着非常相似，但从上面两节的分析可知，内涵完全不一样：
但符号实在太接近了，造成了一定程度的混乱。
4. 歪打正着
更深的误解来自于对求导法则的解读，本节会尽量去澄清这一点。
首先，我们要明确所有求导法则都是通过导数定义来推导的，比如下面这些常用法则。如果去翻看教科书会发现推导过程还是很复杂的：
- 链式法则：
- 反函数求导：
- 参数方程求导：
我相信很多同学也发现了，上面这些法则似乎可以通过微分定义来理解，并且还更简单、更符合直觉。这种理解方式是一种歪打正着，本质上是错误的，下面通过链式法则来分析下为什么。
4.1 链式法则
通过微分定义来理解链式法则，就是认为
、
是两个微分之商，所以似乎可以像下面这样来推导处链式法则：
比对一下教科书就知道这个过程是错误的，应该通过导数定义来推导。退一万步来说，就算可以通过微分定义来推导，但分母中的
是
坐标系中的横坐标，分子中的
是
坐标系中的纵坐标，两者的代数式并不一样，是没法约掉的。
举一个具体的例子，比如有：
两函数复合为：
那么分母
是
坐标系的横坐标，因此：
而分子
是
坐标系中的纵坐标，因此：
分母
和分子
都被换到用
和
来表示，可以看出两者并不相等，所以是不可能约掉的。为了提醒自己，可以将链式法则写成导数形式：
很显然，右边的表达式看上去更复杂，所以有时候不得不用左边的表达式，尽管会带来一些混淆。
4.2 二阶链式法则
你说，我非要按照微分观点来理解链式法则，反正这样也容易记，结果也是正确的。当然可以这么做，只是到了二阶链式法则，这样做就走不通了，会发生错误。
来算算二阶链式法则：
到目前为止一切都很好，继续往下化简就会出问题。上面等式最后有两项，第一项按照微分观点可以得到：
这很显然是错误的，否则就会推出第二项
。
5. 微分方程
那有没有运用微分定义的地方？有的，就是微分方程。比如：
大家知道就行了，不再赘述。
6. 总结
导数是不能通过除法
求出的。但由于微分的出现，又使用了相同的符号，造成了同学们的混淆。所以大家在运用导数定义、微分定义的时候，需要谨慎一些。