지수함수의 미분

지수함수 $e^{x}$를 미분한 공식은 다음과 같습니다.

$$ {\operatorname{d}\over\operatorname{d}\!x} e^{x} = e^{x} $$
$e$는 자연로그의 밑 $e$ 입니다.
지수함수의 미분 증명 1

$f(x) = e^{x}$로 두고, 도함수 의 정의에서 $$ f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{e^{x + h} - e^{x}}{h} = \lim_{h \to 0} e^{x} \frac{e^{h} - 1}{h} = e^{x} \lim_{h \to 0} \frac{e^{h} - 1}{h} $$ 이고, $\lim\limits_{h \to 0} \frac{e^{h} - 1}{h} = 1$이므로 $e^{x}$의 미분은 $e^{x}$이다.

적당히 심플하고 좋지만 이렇게 증명하려면 더 디테일하게 $e$가 무엇인지, 지수법칙이 무엇이고 지수법칙이 모든 실수 에 대해 성립하는지, $\lim\limits_{h \to 0} \frac{e^{h} - 1}{h} = 1$이 정말 성립하는지를 판단해야 합니다.
지수함수의 미분 증명 2

$f(x) = \ln x$로 두면, $g(x) = e^{x}$는 $f(x)$의 역함수이다. ($\ln x$는 자연로그함수 )
역함수의 미분법 에서 $f'(g(x))g'(x) = 1$이고, $f'(x) = \frac{1}{x}$이므로 $\frac{1}{e^{x}} g'(x) = 1$에서, $g'(x) = e^{x}$이다.
따라서, $e^{x}$의 미분은 $e^{x}$이다.

좀 더 명확해보이지만 이렇게 증명하려면 더 디테일하게 $\ln x$랑 $e^{x}$가 정말 역함수 관계인지 (그냥 $e^{x}$를 $\ln x$의 역함수라고 정의해버리기도 합니다.) , 역함수 미분법이 진짜인지 + 역함수 미분법을 증명하기 위한 미분의 연쇄법칙 까지도, 증명해야 합니다.
지수함수의 미분 증명 3

$e^{x} = \sum\limits_{n = 0}^{\infty} \frac{x^{n}}{n!}$로 정의한다고 하자. ($n!$은 팩토리얼 표기)
$\sum\limits_{n = 0}^{\infty} \frac{x^{n}}{n!} = 1 + \sum\limits_{n = 1}^{\infty} \frac{x^{n}}{n!}$에서, 우변을 미분하면 $\left(1 + \sum\limits_{n = 1}^{\infty} \frac{x^{n}}{n!} \right)' = \sum\limits_{n = 1}^{\infty} \frac{n x^{n - 1}}{n!} = \sum\limits_{n = 1}^{\infty} \frac{x^{n - 1}}{(n - 1)!}$이다.
$$ \sum_{n = 1}^{\infty} \frac{x^{n - 1}}{(n - 1)!} = \sum_{n = 0}^{\infty} \frac{x^{n}}{n!} = e^{x} $$ 에서, $e^{x}$의 미분은 $e^{x}$이다.

이 경우에는 그냥 $e^{x}$를 거듭제곱급수 로 정의해버린 경우입니다.
$e^{x}$의 미분을 모르는 상태에서 테일러급수로 만들 수는 없으므로, 정말 정의를 저렇게 하는 경우에 한합니다.
또, 이 경우에는 거듭제곱급수가 항별로 미분 가능한지까지도 판단해야합니다.