• 隐函数求导


    隐函数定义

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

    方法一

    对方程两边同时对 x x x求导,注意 y y y是一个函数

    例1

    已知由方程 x y = e x + y + x 2 xy=e^{x+y}+x^2 xy=ex+y+x2确定 y y y x x x的函数,求 d y d x \dfrac{dy}{dx} dxdy

    解:
    \qquad 两边同时求导得:
    y + x y ′ = e x + y ( 1 + y ′ ) + 2 x \qquad y+xy'=e^{x+y}(1+y')+2x y+xy=ex+y(1+y)+2x
    x y ′ − e x + y y ′ = e x + y + 2 x − y \qquad xy'-e^{x+y}y'=e^{x+y}+2x-y xyex+yy=ex+y+2xy
    ( x − e x + y ) y ′ = e x + y + 2 x − y \qquad (x-e^{x+y})y'=e^{x+y}+2x-y (xex+y)y=ex+y+2xy

    y ′ = e x + y + 2 x − y x − e x + y \qquad y'=\dfrac{e^{x+y}+2x-y}{x-e^{x+y}} y=xex+yex+y+2xy

    d y d x = y ′ = e x + y + 2 x − y x − e x + y \qquad \dfrac{dy}{dx}=y'=\dfrac{e^{x+y}+2x-y}{x-e^{x+y}} dxdy=y=xex+yex+y+2xy


    例2

    y = f ( x ) y=f(x) y=f(x)由方程 y − x e y = 1 y-xe^y=1 yxey=1所确定,求 y ′ ∣ x = 0 y'|_{x=0} yx=0的值

    解:
    \qquad 两边同时求导得:
    y ′ − e y − x e y ⋅ y ′ = 0 \qquad y'-e^y-xe^y\cdot y'=0 yeyxeyy=0
    ⇒ ( 1 − x e y ) y ′ = e y \qquad \Rightarrow (1-xe^y)y'=e^y (1xey)y=ey
    ⇒ y ′ = e y 1 − x e y \qquad \Rightarrow y'=\dfrac{e^y}{1-xe^y} y=1xeyey

    x = 0 \qquad x=0 x=0时,带入 y − x e y = 1 y-xe^y=1 yxey=1,得 y = 1 y=1 y=1
    \qquad 所以 y ′ ∣ x = 0 = e 1 1 − 0 e 1 = e y'|_{x=0}=\dfrac{e^1}{1-0e^1}=e yx=0=10e1e1=e


    方法二

    对方程两边同时取对数,再对 x x x求导

    例1

    y = x sin ⁡ x y=x^{\sin x} y=xsinx,求 y ′ y' y

    解:
    ln ⁡ y = ln ⁡ x sin ⁡ x = sin ⁡ x ln ⁡ x \qquad \ln y=\ln x^{\sin x}=\sin x\ln x lny=lnxsinx=sinxlnx
    1 y ⋅ y ′ = cos ⁡ x ln ⁡ x + sin ⁡ x ⋅ 1 x \qquad \dfrac 1y\cdot y'=\cos x\ln x+\sin x\cdot \dfrac 1x y1y=cosxlnx+sinxx1
    y ′ = y ( cos ⁡ x ln ⁡ x + sin ⁡ x x ) \qquad y'=y(\cos x\ln x+\dfrac{\sin x}{x}) y=y(cosxlnx+xsinx)
    y ′ = x sin ⁡ x ( cos ⁡ x ln ⁡ x + sin ⁡ x x ) \qquad y'=x^{\sin x}(\cos x\ln x+\dfrac{\sin x}{x}) y=xsinx(cosxlnx+xsinx)


    例2

    y = x + 2 ( 3 − x ) 4 ( 2 x + 1 ) 3 y=\dfrac{\sqrt{x+2}(3-x)^4}{(2x+1)^3} y=(2x+1)3x+2 (3x)4,求 y ′ y' y

    解:
    ln ⁡ y = ln ⁡ x + 2 ( 3 − x ) 4 ( 2 x + 1 ) 3 \qquad \ln y=\ln \dfrac{\sqrt{x+2}(3-x)^4}{(2x+1)^3} lny=ln(2x+1)3x+2 (3x)4

    = ln ⁡ ( x + 2 ) 1 2 + ln ⁡ ( 3 − x ) 4 − ln ⁡ ( 2 x + 1 ) 3 \qquad =\ln (x+2)^{\frac 12}+\ln(3-x)^4-\ln (2x+1)^3 =ln(x+2)21+ln(3x)4ln(2x+1)3

    = 1 2 ln ⁡ ( x + 2 ) + 4 ln ⁡ ( 3 − x ) − 3 ln ⁡ ( 2 x + 1 ) \qquad =\dfrac 12\ln(x+2)+4\ln(3-x)-3\ln(2x+1) =21ln(x+2)+4ln(3x)3ln(2x+1)

    \qquad 两边同时求导得:

    y ′ y = 1 2 ( x + 2 ) − 4 3 − x − 6 2 x + 1 \qquad\dfrac{y'}{y}=\dfrac{1}{2(x+2)}-\dfrac{4}{3-x}-\dfrac{6}{2x+1} yy=2(x+2)13x42x+16

    y ′ = x + 2 ( 3 − x ) 4 ( 2 x + 1 ) 3 [ 1 2 ( x + 2 ) − 4 3 − x − 6 2 x + 1 ] \qquad y'=\dfrac{\sqrt{x+2}(3-x)^4}{(2x+1)^3}[\dfrac{1}{2(x+2)}-\dfrac{4}{3-x}-\dfrac{6}{2x+1}] y=(2x+1)3x+2 (3x)4[2(x+2)13x42x+16]


    总结

    • 在隐函数中多为乘积关系时一般用两边同时求导
    • 在指数含 x x x或次数较高的隐函数中一般用两边同时取对数再求导
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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/tanjunming2020/article/details/127592369