隐微分法,或者说隐函数求导法。对于一类函数(有时候也不是函数,如果按照函数的定义)或方程,它不容易写成y = f(x)这样的形式,或者说这种形式不容易求导,那么怎么求导呢。
结合前面几节的各种求导方式,可以推导出对这类情形的处理方式,其中一个重要的思想是链式法则。如果将式子中的y看成f(x),那么式子中就只剩下x,就可以应用求导法则了。
比如:
y2=x
假设y = f(x),那么上式可以转化为:
f(x)2=x
将左右两边看作两个函数,既然它们在x上处处相等,它们的导数也相等,对两边分别对x求导:
dxd[f(x)2]2f(x)dxdydxdy=dxd(x)=1=2y1
注意:
dxd[f(x)2]=2f(x)dxdy
是应用了链式法则。
另一个更复杂的例子:
y2dxdy22ydxdy2ydxdydxdy=x2+sinxy=dxdx2+dxdsinxy=2x+cosxydxd(xy), 这里假设u=xy,应用链式法则,再对xy应用乘法法则=2x+cosxy(y+xdxdy)=2y−xcosxy2x+ycosxy
高阶导数的例子,求2x3−3y2=8对于x的二阶导数:
先求一阶导数:
dxd(2x3−3y2)6x2−6ydxdydxdy=yx2=dxd(8)=0
再求二阶导数:
dx2d2y=dxd(dxdy)=dxd(yx2)=y22xy−x2dxdy
代入dy/dx,即得到最终结果:
dx2d2y=y2x−y3x4
Power rule的拓展,前面的求导法则里,对于power rule要求指数是整数,但其实可以将其拓展到有理数。
证明:
设有整数p和q,函数y=xp/q=qxp可以转换为:
yq=xp
应用上面隐函数求导法则:
qyq−1dxdy=pxp−1
可得:
dxdy=qyq−1pxp−1=qp⋅(xp/q)q−1xp−1,将y代入=qp⋅xp−p/qxp−1=qp⋅x(p−1)−(p−p/q)=qp⋅x(p/q)−1
证毕
练习
- y=x9/4
y′=49x5/4
- y=x−3/5
y′=−53x−8/5
- y=32x
y′=32(2x)−2/3
- y=45x
y′=45(5x)−3/4
- y=7x+6
y′=27(x+6)−1/2
- y=−2x−1
y′=−(x−1)−1/2
- y=(2x+5)−1/2
y′=−(2x+5)−3/2
- y=(1−6x)2/3
y′=−4(1−6x)−1/3
- y=x(x2+1)1/2
y′=(x2+1)1/2+x21(x2+1)−1/22x=(2x2+1)(x2+1)−1/2
- y=x(x2+1)−1/2
y′=(x2+1)−1/2−x21(x2+1)−3/22x=(x2+1)−1/2−x2(x2+1)−3/2
- s=7t2
s′=72t−5/7
- r=4ϕ−3
r′=−43ϕ−7/4
- y=sin[(2t+5)−2/3]
y′=cos[(2t+5)−2/3]⋅dtd(2t+5)−2/3=cos[(2t+5)−2/3]⋅−32(2t+5)−5/3⋅dtd(2t+5)=cos[(2t+5)−2/3]⋅−32(2t+5)−5/3⋅2=−34(2t+5)−5/3⋅cos[(2t+5)−2/3]
- z=cos[(1−6t)2/3]
z′=−sin[(1−6t)2/3]⋅−4(1−6t)−1/3=4(1−6t)−1/3⋅sin[(1−6t)2/3]
- f(x)=1−x
f′(x)=21(1−x)−1/2⋅−21x−1/2=−41x−1/2(1−x)−1/2
- g(x)=2(2x−1/2+1)−1/3
g′(x)=−32(2x−1/2+1)⋅−x−3/2=34x−5/2+32x−3/2
- h(ϕ)=31+cos2ϕ
h′(ϕ)=31(1+cos2ϕ)⋅−2sin2ϕ=−32sin2ϕ(1+cos2ϕ)
- k(ϕ)=(sin(ϕ+5))5/4
k′(ϕ)=45(sin(ϕ+5))1/4⋅cos(ϕ+5)
- x2y+xy2=6
dxd(x2y)+dxd(xy2)2xy+2xdxdy+y2+2xdxdy4xdxdydxdy=dxd(6)=0=−2xy−y2=4x−2xy−y2
- x3+y3=18xy
3x2+3y2dxdydxdy=18y+18xdxdy=y2−6x6y−x2
- 2xy+y2=x+y
2y+2xdxdy+2ydxdydxdy=1+dxdy=2x+2y−11−2y
- x3−xy+y3=1
2x2−y−xdxdy+3y2dxdydxdy=0=3y2−xy−2x2
- x2(x−y)2=x2−y2
2x(x−y)2+2x2dxd(x−y)2x(x−y)2+2x2(1−dxdy)dxdy=2x−2ydxdy=2x−2ydxdy=x2−yx(x−y)2+x2−x
- (3xy+7)2=6y
2(3xy+7)dxd(3xy+7)2(3xy+7)(3y+3xdxdy)9xy2+9x2ydxdy+21y+21xdxdydxdy=6dxdy=6dxdy=3dxdy=3x2y+7x−1−3xy2−7y
- y2=x+1x−1
2ydxdydxdy=(x+1)2(x+1)−(x−1)=y(x+1)21
- x2=x+yx−y
2x2x(x+y)22x(x+y)2dxdy=(x+y)2(1−dxdy)(x+y)−(x−y)(1+dxdy)=x+y−xdxdy−ydxdy−x−xdxdy+y+ydxdy=2y−2xdxdy=xy−x(x+y)2
- x=tany
1dxdy=sec2ydxdy=sec2y1
- xy=cot(xy)
y+xdxdydxdy=−csc2(xy)⋅(y+xdxdy)=−x+xcsc2(xy)y+ycsc2(xy)
- x+tan(xy)=0
1+sec2(xy)⋅(y+xdxdy)dxdy=0=−xsec2(xy)1+ysec2(xy)
- x+siny=xy
1+cosy⋅dxdydxdy=y+xdxdy=cosy−xy−1
- ysin(1/y)=1−xy
dxdysin(1/y)+ycos(1/y)⋅y2−dxdydxdy=0−y−xdxdy=−sin(1/y)−ycos(1/y)+xy
- y2cos(1/y)=2x+2y
2ydxdycos(1/y)−y2sin(1/y)y2−dxdydxdy=2+2dxdy=2ycos(1/y)+sin(1/y)−22
- ϕ1/2+r1/2=1
21ϕ−1/2+21r−1/2dϕdrdϕdr=0=−r−1/2ϕ−1/2
- r−2ϕ=23ϕ2/3+34ϕ3/4
dϕdr−ϕ−1/2dϕdr=ϕ−1/3+ϕ−1/4=ϕ−1/2+ϕ−1/3+ϕ−1/4
- sin(rϕ)=21
cos(rϕ)⋅(dϕdr⋅ϕ+r)dϕdr=0=−ϕr
- cosr+cotϕ=rϕ
−sinrdϕdr−csc2ϕdϕdr=ϕdϕdr+r=ϕ+sinr−csc2ϕ−r
- x2+y2=1
2x+2ydxdy=0dxdy=−yx
dxd(−yx)=−y2y−xdxdy=−y1−y3x2
- x2/3+y2/3=1
32x−1/3+32y−1/3dxdy=0dxdy=−(yx)−1/3
dxd(−(yx)−1/3)=31⋅y2y−xdxdydx2d2y=3y2y+x(yx)−1/3
- y2=x2+2x
2ydxdy=2x+2dxdy=yx+1
dx2d2y=y2y−(x+1)dxdy=y3y2−(x+1)2
- y2−2x=1−2y
2ydxdy−2=−2dxdydxdy=y+11
dx2d2y=(y+1)2−dxdy=−(y+1)31