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隐函数组求导法

下一节:方向导数的概念

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隐函数组求导法课程教案、知识点、字幕

好 接下来我们介绍一下

有关隐函数组的求导法

关于隐函数组

我们的问题是这样子的

也就是说

如果我有两个函数

F(x,y,z)和G(x,y,z)

现在我们来看一下

由这两个三元函数

得到的一个方程组

也就是F(x,y,z)等于0

和G(x,y,z)等于0

那么这是三个未知量满足两个方程

我们知道

如果我给定了一个未知量

也就是说我给定了

比如说x的值

这就是y z两个未知量

满足的两个方程

如果我们条件合适时

这里面就可以把y和z解出来

当然这个方程组是与x的值有关的

所以我们得到的y z的值

应该也与x有关

实际上 所谓的隐函数组

这应该就是一个最简单的情况

就是说 三个未知量满足两个等式

当给定了一个未知量的值之后

另外两个变量就可以用它来表示

就得到了两个一元函数

现在我们所谓的

隐函数组的求导法

首先要解决一下

就是当这两个三元函数

满足什么条件时

这个方程组能够确定隐函数组

同时我们还要问

当这个F G两个函数

满足什么条件时

我们得到的这两个一元隐函数

它是有导数的

而且它的导数该怎么去求

那我们所谓的隐函数组的求导法

主要的就是解决了这件事情

关于这个结论我们写成一个定理

定理

设函数F(x,y,z)和G(x,y,z)

满足下面三个条件

第一个条件 就是

存在一个点(x0,y0,z0)

使得在两个函数

在这一点的值都等于零

第二个条件 就是

这两个三元函数

在(x0,y0,z0)的某个邻域内

是具有一阶连续偏导数

第三个条件 也就是由

F关于y z的一阶偏导数放到第一行

G关于y z的一阶偏导数放到第二行

构成的这个二阶行列式的值

在(x0,y0,z0)这个点是不等于0的

当这三个条件满足时

我们就会得到下面三个结论

第一个结论就是由

F G等于零这个方程组

在x0的一个邻域内

可以唯一的确定两个一元函数

y等于y(x)和z等于z(x)

而且这两个一元函数

在x0点的函数值分别是y0和z0

第二个结论就是说

我们确定的这两个一元函数

y等于y(x)和z等于z(x)是连续函数

第三个结论就是

我们确定的这两个一元函数

y等于y(x)和z等于z(x)

它应该具有一阶连续导数

而且y关于x的导数是由

这两个二阶行列式的比确定的

分母的行列式就是

F G关于y z的偏导数

分别放到第一行第二行构成的

而分子这个二阶行列式

就是F G分别关于z和x的一阶偏导数

放到第一行第二行构成的

z关于x的偏导数

也是等于两个二阶行列式之比

分母上的行列式仍然是

F G这两个函数关于y z的偏导数

分别放到第一行第二行构成的

而分子是F G这两个函数

关于x y的一阶偏导数

分别放到第一行第二行构成的

这个二阶行列式的值

实际上

关于这个隐函数组的存在定理

与我们前面讨论过的

隐函数的存在定理是相仿的

也就是说这两个三元函数

同时满足这三个条件

第一个条件 我们知道

它说的主要就是这个方程组有解

第二个条件

它是对这两个三元函数

加上了 在某一个邻域内

具有一阶连续偏导数

这个条件

而第三个条件

实际上 它要求我们

由这四个一阶偏导数在这一点的值

得到的这个二阶行列式的值

是不等于零的

这个与 隐函数存在定理里面

那个 关于某个变量的偏导数

在指定点不等于零

是类似的

在这三个条件下

我们得到了相应的三个结果

第一个结果就是说

这个x y z三个未知量

满足两个方程的方程组

能够在x0的某个邻域内

唯一地确定两个一元函数

一个就是y是x的函数

再一个是z是x的函数

而且这两个一元函数

在x0这一点的函数值

正好是y0和z0

这是第一个结论

第二个结论就是说

在给定条件下

我们这两个一元函数

都是连续函数

实际上这个连续

是在它有定义的地方

就是连续函数

而第三个结论是说了

我们这两个一元函数

不仅是连续的

而且还具有一阶连续导数

而这两个一元函数它的导数

是由这两个三元函数的东西确定的

比如说y关于x的偏导数 就是

我们这个二阶行列式的值做分母

上面是由四个一阶偏导数

得到的一个二阶行列式

分别是F关于z

和关于x的偏导数放到第一行

而G关于z 关于x的

偏导数放到第二行

构成的二阶行列式的值

而z关于x的导数

它就等于这两个二阶行列式的值的商

分母上还是跟

y关于x导数分母上的行列式是一样的

分子上就是F关于x 关于y的

偏导数放到第一行

而G关于x和关于y的

偏导数放到第二行

构成的二阶行列式的值

实际上 我们在求隐函数组的偏导数时

我们一般不会记这个求导公式

我们的处理方法就是这样子的

作为一个注意事项

我们看一下

也就是F(x,y,z)等于零

G(x,y,z)等于零

我们在等式两端关于x求导

主要到y z是x的函数

我们就会得到偏F 偏x

加上偏F 偏y再乘上dy dx

再加上偏F 偏z再乘上dz dx

等于零

这就是第一个方程两端

关于x求导 我们得到的关系式

类似地 在第二个方程两端

关于x求导

我们就会得到偏G 偏x

再加上偏G 偏y 乘上dy dx

再加上偏G 偏z再乘上dz dx

它等于零

这样我们把我们要求的偏导数

dy dx和dz dx作为未知量

大家知道 这是关于

这两个未知量的一个线性方程组

线性方程组我们当然会求解

就是最简单的方法

我们不妨用消元法求解

解出来之后就是我们得到的

这两个导数的表达式

所以说 我们真正

求隐函数组的导数的时候

我们总是在方程两端

关于自变量求导

最后解一个线性方程组

我想这是这个求导公式

有了这个结论之后

那大家最后做一个练习

这个练习 就是这样子的

如果我们x加y加z加上u加上v

等于1

而我们的

x方加y方加z方加u方加上v方

等于2

实际上 我们是有两个方程

但是是有五个变量

我们假设这里面

x y z是自变量

也就是给定了x y z之后

它就变成了u v的这两个变量的

满足的两个方程

我们假设它能够确定

u是等于u(x,y,z)

一个三元函数

v是等于v(x,y,z)

也就是说 这两个方程

可以确定两个三元函数

那请大家求一求

偏u 偏x 和求一求偏v 偏x

作为练习

大家看我们能不能做出这个结果

实际上 做多元隐函数组的求导

和一元隐函数组的求导

在方法上没有任何差别

所以我们只要会求

隐函数的导数

我们自然也就会求

隐函数组的导数

微积分——多元函数与重积分课程列表:

第一章 多元函数微分学

-第一节 多元连续函数

--向量的内积与长度-1

--向量的内积与长度-2

--R^n中的点列的收敛性

--内点、外点、边界点-1

--内点、外点、边界点-2

--开集、闭集、区域

--多元函数的有关概念

--二重极限的定义

--二重极限的例题

--二次极限的定义

--连续与一致连续的定义

--连续函数的性质-1

--连续函数的性质-2

--连续函数的性质-3

-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

--混和偏导数与求导顺序无关的条件

-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

--复合函数微分法之一

--复合函数微分法之二

--复合函数求导数(举例)

--隐函数存在定理

--隐函数求导法(举例)

--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

--梯度向量的概念与计算

-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

--映射与连续映射的概念

--映射的导数、微分、雅克比矩阵

--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)

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式-2

--二元函数带有Lagrange型余项的泰勒公式

-第一章 多元函数微分学--第七节练习题

第二章 多元函数微分学应用

-第一节 多元函数微分学的几何应用

--空间曲线的切线与法平面(之一)

--空间曲线的切线与法平面(之二)

--空间曲线的切线与法平面问题举例

--曲面的切平面与法线(之一)

--曲面的切平面与法线(之二)

--曲面的切平面与法线(之三)

--曲面的切平面与法线问题举例

-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

--极值点的概念和必要条件

--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

--二元函数条件极值问题的提法

--三元函数条件极值问题的提法(之一)

--三元函数条件极值问题的提法(之二)

--条件极值问题的直接解法

--条件极值问题的Lagrange解法

--条件极值问题举例

--多元函数在有界闭域上的最值

--最小二乘法

-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题

第三章重积分

-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

--关于二重积分性质的例题

-第二节 二重积分的计算

--二重积分的计算:直角坐标系(1)

--二重积分的计算:直角坐标系(2)

--二重积分的计算:直角坐标系(3)

-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

--二重积分的一般坐标变换公式

--二重积分的计算:极坐标系

--二重积分的计算:极坐标系例题

--二重积分的计算:一般坐标系例题

-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

--三重积分的计算:例题(1)

--三重积分的计算:例题(2)

--空间坐标变换

--空间柱坐标系

--空间柱坐标系例题(1)

--空间柱坐标系例题(2)

--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

--第一类曲线积分的引入

--第一类曲线积分的定义

--第一类曲线积分的性质

--第一类曲线积分的计算公式

--第一类曲线积分的计算例题

-第三章重积分--第五节 练习题

-第六节 第一类曲面积分

--第一类曲面积分的引入

--第一类曲面积分的定义

--第一类曲面积分的性质

--第一类曲面积分的计算公式

--第一类曲面积分的计算例题(1)

--第一类曲面积分的计算例题(2)

-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

--广义含参积分的连续性和积分导数

-第三章重积分--第七节 练习题

第四章 向量分析

-第一节 第二类曲线积分

--第二类曲线积分的引入

--第二类曲线积分的定义

--第二类曲线积分的性质第二类曲线积分的性质

--第二类曲线积分的性质

-第四章 向量分析--第一节 练习题

-第二节 Green公式及其应用

--平面第二类曲线积分:Green公式

--平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式

-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

--第二类曲面积分的引入

--第二类曲面积分的定义与性质

--第二类曲面积分的计算

-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

--第二类曲面积分的计算:Gauss公式

--Stokes公式及其应用

-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

第五章 常微分方程

-第一节 微分方程的基本概念

--微分方程概念举例

--微分方程的基本概念

--一阶微分方程定解问题解的存在唯一性

-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

--可化为齐次型方程的方程

--一阶线性微分方程的概念和解的性质

--一阶线性微分方程的解法

--Bernoulli方程

--可降阶方程(之一)

--可降阶方程(之二)

-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

--线性微分方程解的性质

--函数组线性相关(无关)的概念

--函数组线性相关的必要条件

--线性微分方程解函数组线性相关的判别法

--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

--视频5--17 二阶线性齐次微分方程的特征法

--n阶线性齐次微分方程的特征法

-- 线性齐次微分方程的特征法举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法(之二)

--欧拉方程

--欧拉方程举例

-第五章 常微分方程--第四节 练习题

隐函数组求导法笔记与讨论

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