当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第一章 多元函数微分学 > 第四节 多元函数的微分法 > 隐函数存在定理
好 我们前面学习过
复合函数的微分法
接下来我们介绍一下
隐函数微分法
首先我们介绍一下
有关隐函数的存在性
在一元函数微积分里面
我们曾经牵扯到过
隐函数求导问题
但是在那个时候
我们介绍的主要是
简单的 具体的隐函数求导问题
首先我们在这儿先给出隐函数定义
若存在函数y等于f(x)
满足方程F(x,f(x))等于零
其中x是[a,b]区间中的任意一个数
这时候我们就说
函数y等于f(x)是有这个方程
F(x,f(x))等于零确定的隐函数
隐函数存在定理
我们假设函数F(x,y)
满足下面三个条件
第一个条件就是
存在点(x0,y0)使得
F在(x0,y0)这点的值等于零
第二个条件就是说
函数F(x,y)在(x0,y0)的某个邻域内
有一阶连续偏导数
第三个条件就是
F(x,y)在(x0,y0)这点
关于y的偏导数不等于零
那么 这个时候
我们就会得到下面三个结论
第一个结论就是说方程F(x,y)等于零
在x0的某个邻域内
可唯一地确定一个函数y等于f(x)
而且f(x)在x0这一点的函数值就是y0
第二个结论就是说
我们得到的这个函数
y等于f(x)在这个邻域上
是一个连续函数
第三个结论就是说
我们得到的这个函数y等于f(x)
它具有连续导数
而且它关于x的导数值
就等于负的F关于x的偏导数值
除上F关于y的偏导数值
我想 这是隐函数存在定理
那么 这个定理我们解释一下
第一个条件 说明F(x,y)这个方程
至少有一个解
第二个是为了保证
我们这个隐函数要具有连续性
或者是具有一阶连续导数
它对于F(x,y)这个二元函数
在这一点附近加上了
具有连续偏导数的条件
第三个条件是强调了
如果在这个条件下
我们可以把x作为自变量
y作为因变量来定义隐函数
这是这三个条件起的作用
当然
在这三个条件同时满足的前提下
我们就解决了
第一个 这个方程
在某一个小范围上
是可以唯一地确定一个
从x到y的隐函数
这是强调了隐函数的存在性
关于存在性请大家注意
这是一个局部存在性
而且告诉了我们
隐函数在x0这一点的值就是y0
第二个结论就是说
这个隐函数在这个有定义的地方
都是连续函数
第三个就是说它不仅是连续的
而且它还具有导数
而且还具有连续导数
最后 自然就给出了
怎么样利用原来已知的函数
F(x,y)来求这个隐函数的导数
关于这个定理我们不做证明
它的证明主要牵扯到
我们在一元函数里面学到的
导数正负号与单调性的关系
以及连续函数的介值定理
或者零点存在定理有关的结论
作为一个求导法 我们来解释一下
这个公式是怎么来的
我们这样来解释
作为一个注意事项
比如说 我现在是这么一个方程
假设我们能确定从x到y的隐函数
而且我也假设 就是
这个隐函数导数是存在的
那么我在这个方程两端
做一个微分
做微分 根据一阶微分形式不变性
无论x y是自变量也好
还是中间变量也好
这个关系式总是对的
加上一个偏F(x,y)(比上)偏y dy
也就等于零
然后在这个等式里面
我们自然就可以得到dy比上dx
因为我们的条件是F关于y的偏导数
在(x0,y0)那点不等于零
而且它又是连续函数
所以在(x0,y0)那点附近也不等于零
这样 我们就可以把它做分母除过去
就是偏F(x,y)(比上)偏x
再除上偏F(x,y)(比上)偏y
这事就是说
这个隐函数求导公式
我们可以这样去理解
实际上这是我们
做隐函数导数时常用的想法
就是说在方程两端直接作微分
最后求出我们要求的这个导数
当然这个导数公式还可以这样理解
也就是说我从这个等式两端
关于x求导
我把y当成是x的函数
也就是中间变量
我们利用前面介绍过的
复合函数的链导法则
两边关于x求导它应该是等于
偏F(x,y)(比上)偏x
再加上偏F(x,y)(比上)偏y
再乘上dy(比上)dx
因为y是x的函数
右边求导等于零
那么在最后这个关系是里面
我们把这个导数解出来
也是我们的结论
我想无论两边做微分也好
还是两边做导数运算也好
都可以得到我们隐函数的求导公式
好 刚才我们给出了隐函数存在定理
以及隐函数的倒数计算公式
我们给出的是最简单的情况
也就是有一个x y满足的等式
确定的是一个一元隐函数
当然 我们一般的是说
多元隐函数它的导数运算
或者是它的存在性等等怎么描述
我们把刚才那个一元隐函数
可以直接推广到多元隐函数
我们把定理写出来
设n+1元函数F(x1,x2,...,xn,y)
满足第一个条件
存在n+1维空间中的一个点
(x10,...,xn0,y0)
使得这个n+1原函数F
在这点的值等于0
第二个条件也就是
这个n+1原函数F
在这个点的某个邻域内
具有一阶连续偏导数
第三个条件就是
这个n+1原函数F关于自变量y的偏导数
在这一点是不等于零的
那么我们得到相应的三个结果
第一个结果就是说
F等于零这个方程在
(x10,...,xn0)这个点的某个邻域N中
存在唯一的解
则我们可以得到相应的三个结果
第一个结果就是
F等于零这个方程在
(x10,...,xn0)这个点的某个邻域内
可唯一确定一个n元函数
我们记作y等于f(x1,x2,...,xn)
而且这个n元函数在(x10,...,xn0)
这一点的函数值恰好是y0
第二个结论就是说
我们得到的这个n元函数f
在这个邻域中是连续函数
第三个结论就是
我们得到的这个n元函数f
在这个邻域中它具有连续偏导数
而且它关于第k个自变量xk的偏导数
应该等于负的F关于xk的偏导数
除上F关于y的偏导数
在这儿 F我们理解成是一个n+1元函数
所以说 关于y求偏导时
我们把x1 x2到xn是理解为常数的
相应地 关于xk求偏导时
我们是把其它的其它的自变量x
与自变量y看作是常数
也就是说这个n元隐函数的存在定理
与刚才我们介绍的
一元隐函数的存在定理相比
我们现在牵扯到的是一个n+1元函数
它满足的条件自然应该是
存在一个n+1维空间中的点
使得这个函数在这点等于零
这强调了就是这个方程
它是有解的
然后第二个条件就是
这个n+1元函数
在这个点的某个邻域U上
是具有一阶连续偏导数的
第三个条件就是这个n+1元函数
关于y这个自变量的偏导数
在这个点它是不等于零的
在这三个条件下
我们就会得到相应的三个结论
第一个结论 也就是说
存在这个n维空间中的点
(x10,...,xn0)的一个领域
我们记成N
这个方程在这个N中
唯一确定一个n元函数
我们记作y等于f(x1,x2,...,xn)
这个n元函数
在(x10,...,xn0)这一点的函数值是y0
第二个结论就是说
这个n元函数在我们这个邻域里面
它是一个连续函数
第三个结论就是这个n元函数
在我们考虑的这个范围N中
具有一阶连续偏导数
而且这个n元函数
关于第k个自变量的偏导数
应该就等于原来这个n+1元函数F
关于xk的偏导数
除上原来这个n+1元函数F
关于自变量y的偏导数
前面有一个负号
这个公式的得出跟一元隐函数
那个求导公式的得出是一样的
我们可以在这个方程两端
关于自变量xk求偏导
其中y是中间变量
就可以得出这个公式来
或者说我们在两端做微分
最后我们来求以求这个微分系数
也是可以的
我想这是
关于多元隐函数那个存在定理
以及多元隐函数
它偏导数的计算公式
我想关于多元隐函数
我们主要强调的是说
我们能够在给定了方程的基础上
把他的一阶偏导数
正确地 熟练地 运算出来
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
--二重极限的定义
--二重极限的例题
--二次极限的定义
-第一章 多元函数微分学--第一节练习题
-第二节 多元函数的偏导数
--偏导数的概念
--偏导数的几何意义
--高阶偏导数的概念
-第一章 多元函数微分学--第二节练习题
-第三节 多元函数的全微分
--全微分的概念
--可微的必要条件
--可微的充分条件
--可微的充要条件
--多元函数的原函数
-第一章 多元函数微分学--第三节练习题
-第四节 多元函数的微分法
--隐函数存在定理
--隐函数组求导法
-第一章 多元函数微分学--第四节练习题
-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量
--方向导数的概念
--方向导数的计算
-第一章 多元函数微分学--第五节练习题
-第六节 映射及其微分
--复合映射的微分法
-第一章 多元函数微分学--第六节练习题
-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)
-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
-第一节 多元函数微分学的几何应用
-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题
-第二节 多元函数的极值
--极值点的判别法
--极值问题举例
-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题
-第三节 多元函数的条件极值
--条件极值问题举例
--最小二乘法
-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题
-第一节 二重积分的概念和性质
--二重重积分引入
--二重积分定义
--二重积分性质
-第二节 二重积分的计算
-第三章重积分--第二节练习题
-第三节 极坐标系及一般坐标系
--极坐标系
--一般坐标系
-第三章重积分--第三节练习题
-第四节 三重积分
--三重积分的引入
--三重积分的定义
--三重积分的性质
--直角坐标系
--空间坐标变换
--空间柱坐标系
--球坐标系
--球坐标系例题
-第三章重积分--第四节 练习题
-第五节 第一类曲线积分
-第三章重积分--第五节 练习题
-第六节 第一类曲面积分
-第三章重积分--第六节 练习题
-第七节 含参变量积分
--含参定积分的定义
--含参积分的连续性
--含参积分的导数
--含参积分的例题
-- 广义含参积分的一致收敛性
-第三章重积分--第七节 练习题
-第一节 第二类曲线积分
-第四章 向量分析--第一节 练习题
-第二节 Green公式及其应用
-第四章 向量分析--第二节 练习题
-第三节 第二类曲面积分
--曲面的定向
-第四章 向量分析--第三节 练习题
-第四节 Gauss公式与Stokes公式
--Gauss公式
-第四章 向量分析--第四节 练习题
-第五节 无源场,保守场与调和场
--平面保守场
--势函数及其计算
--空间保守场
--常见的场
-第四章 向量分析--第五节 练习题
-第一节 微分方程的基本概念
--微分方程概念举例
-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)
--变量分离方程
--齐次型方程
-第五章 常微分方程--第二节 练习题
-第三节 高阶线性微分方程解的结构
-第五章 常微分方程--第三节 练习题
-第四节 高阶线性常系数微分方程
--欧拉方程
--欧拉方程举例
-第五章 常微分方程--第四节 练习题