F(x,y)= 0 隐函数 微分法

news2025/6/9 11:43:59

🟦 一、隐函数微分法简介

▶ 什么是隐函数?

显函数:形如 y = f ( x ) y = f(x) y=f(x),变量之间是显式关系。

隐函数:形如 F ( x , y ) = 0 F(x, y) = 0 F(x,y)=0,变量间不是直接表达的,需要通过等式来隐含表达,比如:

x 2 + y 2 = 1 ⇒ y = ± 1 − x 2 x^2 + y^2 = 1 \Rightarrow y = \pm \sqrt{1 - x^2} x2+y2=1y=±1x2


🟦 二、隐函数求导的基本原理

y y y x x x 的隐函数时,设 F ( x , y ( x ) ) = 0 F(x, y(x)) = 0 F(x,y(x))=0,在可微前提下,对两边 同时对 x x x 求导:

d d x F ( x , y ( x ) ) = F x + F y ⋅ d y d x = 0 \frac{d}{dx} F(x, y(x)) = F_x + F_y \cdot \frac{dy}{dx} = 0 dxdF(x,y(x))=Fx+Fydxdy=0

结论:

d y d x = − F x F y \frac{dy}{dx} = - \frac{F_x}{F_y} dxdy=FyFx

这里的 F x , F y F_x, F_y Fx,Fy 是对 x , y x, y x,y 的偏导(即分别把另一个变量当常数对待)。


这其实是 链式法则(链式求导)在复合函数上的应用。我们逐步讲清楚。


✅ 一、背景:隐函数的复合结构

设:

  • F ( x , y ) F(x, y) F(x,y) 是一个二元函数
  • 其中 y = y ( x ) y = y(x) y=y(x),是 x x x 的函数;
  • 那么整个 F ( x , y ( x ) ) F(x, y(x)) F(x,y(x)) x x x 的复合函数。

我们对这个复合函数对 x x x 求导:

d d x F ( x , y ( x ) ) \frac{d}{dx} F(x, y(x)) dxdF(x,y(x))


✅ 二、链式法则如何应用在复合函数中?

我们把 F F F 看成一个复合函数:

F ( x , y ( x ) ) 其实是 F ( u , v ) ,其中 u = x , v = y ( x ) F(x, y(x)) \quad \text{其实是} \quad F(u, v),其中 u = x, v = y(x) F(x,y(x))其实是F(u,v),其中u=x,v=y(x)

所以按照链式法则:

d d x F ( x , y ( x ) ) = ∂ F ∂ x ⋅ d x d x + ∂ F ∂ y ⋅ d y d x = F x + F y ⋅ d y d x \frac{d}{dx}F(x, y(x)) = \frac{\partial F}{\partial x} \cdot \frac{dx}{dx} + \frac{\partial F}{\partial y} \cdot \frac{dy}{dx} = F_x + F_y \cdot \frac{dy}{dx} dxdF(x,y(x))=xFdxdx+yFdxdy=Fx+Fydxdy


✅ 五、应用总结

该公式

d d x F ( x , y ( x ) ) = F x + F y ⋅ d y d x \frac{d}{dx}F(x, y(x)) = F_x + F_y \cdot \frac{dy}{dx} dxdF(x,y(x))=Fx+Fydxdy

是隐函数微分法的基础,源自链式法则,对复合函数求导时非常关键。它也是我们推导 d y d x = − F x F y \frac{dy}{dx} = -\frac{F_x}{F_y} dxdy=FyFx 的核心工具。


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