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微積分的本質(六):多元微積分入門——隱函式求導

例1.表示式SS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 S(x,y)=x^2+y^2 = 25

對錶達式SS求導,要考慮SS的兩個變數x,yx,y同時發生的變化,既有xx的微小變化量dxdx,也有yy的微小變化量dydy。無論這個變化是否在某個圓上,都會在xyxy平面上往某種方向移動了微小的一步。 SS求導,則有 dS=2xdx+2ydy=0 dS=2xdx+2ydy=0 幾何意義:對SS求導,就是在求這次移動所導致的SS的變化量dSdS是多少,即x2+y

2x^2+y^2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,dydx,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SS的值不變,則SS的變化量dSdS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)=exf(x)=e^x的導函式為其本身,即d(ex)dx=ex\frac{d(e^x)}{dx}=e^x,求其反函式f(x)=ln(x)f(x)=\ln(x)

的導函式

ln(x)\ln(x)的影象想象成一個隱函式曲線,該曲線表示xyxy平面上滿足等式y=ln(x)y=\ln(x)的所有點(x,y)(x,y)的集合。 在這裡插入圖片描述

函式影象的切線的斜率dydx\frac{dy}{dx}就是ln(x)\ln(x)的導函式。

其中, y=ln(x)y=\ln(x) 等價於 ey=xe^y=x 對等式兩邊同時求導有 eydy=dxe^ydy=dx 幾何意義:從影象上移動微小的一步(dx,dy)(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 e

ydye^ydy 必須等於等式右邊的變化量 dxdx。 則ln(x)\ln(x)的導函式為 dydx=1ey=1x\frac{dy}{dx}=\frac{1}{e^y}=\frac{1}{x}

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。