一元隐函数及其求导

在说到隐函数(Implicit function)之前,先回想一下显函数(Explicit function).

0.显函数(Explicit function)

解析式中明显地用一个变量的代数式表示另一个变量时,称为显函数。即总能写成y=f(x)的形式。

1.隐函数(Implicit function)

如果方程F(x,y)=0能确定yx的函数,那么称这种方式表示的函数是隐函数。

一般来说如果能将一个隐函数转换成y=f(x)的形式,则称这个过程叫做隐函数的显化,如x2+y2=1,x[0,1]则可以显化为y=1x2,但在绝大数情况下隐函数是不能显化,或者难以显化的,如x3+y3=6xy,其形状如下:

一元隐函数及其求导

所以说,隐函数的数量是远远多于显函数的,因为每一个显函数都能隐化,但不是每一个隐函数都能显化。



2.隐函数求导(Implicit Differentiation)

从上一点我们可以知道,一般来讲隐函数都代表这一类曲线,如:x2+y2=r2表示一个圆,x2a2y2b2=1表示双曲线(hyperbolic)。而我们往往需要求这些曲线F(x,y)=0在某一点处的切线和法线。那么此时,就需要求这个方程所确定的函数y=y(x)的导数dydx

但通常情况下,不能显化的隐函数该如何求导呢?

2.1直接求导法

方程F(x,y)=0两端对自变量x求导,将式子中的y视为y(x),然后化简解出dydx即可。

例如,设方程x2+y2=1确定了函数y=y(x),(y>0),求导数dydx

(x2+y2)(x2)+(y2)2x+2yyy=(1)=0=0=xy

2.2公式求导法

假设隐函数F(x,y)=0,其中y=y(x),则有F[x,y(x)]0,例如(F(x,y)=x2+y21=0其中,y=±1x2,则有F[x,y(x)]0)

下面对F[x,y(x)]0两边同时对x求导

{F[x,y(x)]}Fx1+Fydydxdydx=FxFy(Fy0)00

例如,y5+2yx3x7=0,求dydx

易知,F(x,y)=y5+2yx3x7 ,且有:

Fx=121x6;Fy=5y4+2dydx=FxFy=1+21x65y4+2

感谢徐小湛老师的《高等数学》视频