微積分的本質(六):多元微積分入門——隱函式求導
例1.表示式S表示一個圓心在原點,半徑為5的圓,其隱函式如下: S(x,y)=x2+y2=25
對錶達式S求導,要考慮S的兩個變數x,y同時發生的變化,既有x的微小變化量dx,也有y的微小變化量dy。無論這個變化是否在某個圓上,都會在xy平面上往某種方向移動了微小的一步。 對S求導,則有 dS=2xdx+2ydy=0 幾何意義:對S求導,就是在求這次移動所導致的S的變化量dS是多少,即x2+y2的值相應變化了多少。對於求導而言,雖然是個近似值,但是這個近似值會隨著dx,dy越來越小而越來越精確。
重點在於,當把每一次移動都落在圓上的時候,就相當於維持S的值不變,則S的變化量dS就應該為0(嚴格意義上來講,這樣約束會使得每一步落在圓的一條切線上,但邁的步子足夠小的話,可以近似等同於落在圓上)。
例2.已知的f(x)=ex的導函式為其本身,即dxd(ex)=ex,求其反函式f(x)=ln(x)
將ln(x)的影象想象成一個隱函式曲線,該曲線表示xy平面上滿足等式y=ln(x)的所有點(x,y)的集合。
函式影象的切線的斜率dxdy就是ln(x)的導函式。
其中, y=ln(x) 等價於 ey=x 對等式兩邊同時求導有 eydy=dx 幾何意義:從影象上移動微小的一步(dx,dy),對等式的兩邊有什麼影響。要讓這一步依然落在曲線上,等式左邊的變化量 eydy 必須等於等式右邊的變化量 dx。 則ln(x)的導函式為 dxdy=ey1=x1
從本例子可以看出,隱函式求導的一個作用是可以利用從已有的導函式,推匯出別的函式的導函式。
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