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隐函数

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如果方程F(x,y)=0能确定y是x的函数,那么称这种方式表示的函数是隐函数。而函数就是指:在某一变化过程中,两个变量x、y,对于某一范围内的x的每一个值,y都有确定的值和它对应,y就是x的函数。这种关系一般用y=f(x)即显函数来表示。F(x,y)=0即隐函数是相对于显函数来说的。[1] 
 
中文名
隐函数
外文名
implicit function
应用学科
数学
适用领域范围
数学分析  
分    类
数学
相关名词
函数

目录

定义

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隐函数是由隐式方程所隐含定义的函数。设F(x,y)是某个定义域上的函数。如果存在定义域上的子集D,使得对每个x属于D,存在相应的y满足F(x,y)=0,则称方程确定了一个隐函数。记为y=y(x)。[2]  显函数是用y=f(x)来表示的函数,显函数是相对于隐函数来说的。 [3] 

求导法则

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对于一个已经确定存在且可导的情况下,我们可以用复合函数求导的链式法则来进行求导。在方程左右两边都对x进行求导,由于y其实是x的一个函数,所以可以直接得到带有 y\' 的一个方程,然后化简得到 y\' 的表达式。[1] 
隐函数导数的求解一般可以采用以下方法:
方法①:先把隐函数转化成显函数,再利用显函数求导的方法求导;
方法②:隐函数左右两边对x求导(但要注意把y看作x的函数);
方法③:利用一阶微分形式不变的性质分别对x和y求导,再通过移项求得的值;
方法④:把n元隐函数看作(n+1)元函数,通过多元函数偏导数的商求得n元隐函数的导数。
举个例子,若欲求z = f(x,y)的导数,那么可以将原隐函数通过移项化为f(x,y,z) = 0的形式,然后通过(式中F\'y,F\'x分别表示y和x对z的偏导数)来求解。

推理过程

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一个函数y=ƒ(x),隐含在给定的方程
  
中,作为这方程的一个解(函数)。例如
 
(1)
如果不限定函数连续,则式中正负号可以随x而变,因而有无穷个解;如果限定连续,则只有两个解(一个恒取正号,一个恒取负号);如果限定可微,则要排除x=±1,因而函数的定义域应是开区间(-1<x<1),但仍然有两个解;如果还限定在适合原方程的一个点(x,y)=( x0,y0)的邻近范围内,则只有一个惟一的解(当起点(x0,y0)在上半平面时取正号,在下半平面时取负号)。
微分学中主要考虑函数z=F(xy)与y=ƒ(x)都连续可微的情形。
这时可以利用复合函数的微分法方程(1)直接进行微分:
 
(2)
可见,即使在隐函数y=ƒ(x)难于解出的情形,也能够直接算出它的导数,唯一的条件是
 
(3)
隐函数理论的基本问题就是:在适合原方程(1)的一个点的邻近范围内,在函数F(x,y)连续可微的前提下,什么样的附加条件能使得原方程(1)确定一个惟一的函数y=ƒ(x),不仅单值连续,而且连续可微,其导数由(2)完全确定。隐函数存在定理就用于断定(3)就是这样的一个条件,不仅必要,而且充分。

示例

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设方程P(x, y)=0确定y是x的函数,并且可导。如今可以利用复合函数求导公式求出隐函数y对x的导数。
例1 方程 x2+y2-r2=0确定了一个以x为自变量,以y为因变量的数,为了求y对x的导数,将上式两边逐项对x求导,并将y2看作x的复合函数,则有:
(x2)+ (y2)-(r2)=0
即 2x+2yy\'=0
于是得y\'=-x/y 。
从上例可以看到,在等式两边逐项对自变量求导数,即可得到一个包含y\'的一次方程, 解出y\'即为隐函数的导数。
例2 求由方程y2=2px所确定的隐函数y=f(x)的导数
解: 将方程两边同时对x求导,得:
2yy\'=2p
解出y\'即得
y\'=p/y
例3 求由方程y=x ln y所确定的隐函数y=f(x)的导数。
解:将方程两边同时对x求导,得
y’=ln y+xy\' /y
解出y\'即得 。
参考资料
  • 1.  同济大学数学系.高等数学:高等教育出版社,2014
  • 2.  隐函数  .在线新华字典[引用日期2013-01-12]
  • 3.  显函数  .百度[引用日期2013-01-1

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