隐函数与参数方程求导法则

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由于二元方程 确定的隐函数 ,有
.
应用复合函数求导法则对恒等式两端求导数,即可求得隐函数的导数。下面举例说明隐函数的求导法则:
例1求方程 确定的隐函数 的导数。
解方程两端对 求导数,由复合函数的求导法则(注意, 是 的函数),有



解得隐函数的导数 .
例2求方程 确定的隐函数 的导数。
解方程两端对 求导数,由复合函数的求导法则(注意, 是 的函数),有
由此可见,所谓隐函数就是对应关系 不明显的隐含在二元方程之中,相对隐函数来说,对应关系 “明显”的函数,例如,
, , ,等等,就是显函数。在本节之前,所遇到的函数绝大多数都是显函数。
值得注意的是,有些二元方程 确定的隐函数 并不能用代数方法从中解出来,换句话说,隐函数不是初等函数或不能化为显函数。关于隐函数的存在性、连续性和可微性等理论问题将在第十一章介绍。本节所讨论的隐函数都是存在的,可导的。直接对隐函数所满足的方程求导,往往更便利些。
解已知弹头关于时间 的弹道曲线的参数方程是
其中 是重力加速度(常数).由参数方程的求导法,有
设在时刻 弹头的运动方向与地面的夹角为 ,有

例5求函数 的导数。
解等号两端取绝对值的对数,有
.
由隐函数的求导法则,有


.
例6求幂指函数 的导数。
解将幂指函数等号两端取对数,有
.
按隐函数求导法,对上式等号两端求导,有

由此得到
.
例7求函数 的导数.
解等号两端取绝对值的对数,有
由求导数法则,有


.
二、参数方程求导法则
参数方程的一般形式是
若 与 都可导,且 ,又 存在反函数 ,则 是 的复合函数,即
5.3隐函数与参数方程求导法则
一、隐函数求导法则
表示函数 (对应关系)有多种不同的方法,其中有这样一种方法,自变量x与因变量y的对应关系 是由二元方程F(x,y)=0所确定。
定义设有两个非空数集A与B.若 ,由二元方程F(x,y)=0对应唯一一个 ,则称此对应关系 (或写为y= (x))是二元方程F(x,y)=0确定的隐函数。
, .
由复合函数与反函数的求导法则,有
.
这就是参数方程的求导公式。
例8求椭圆 上一点 的切线斜率 .
解法一点 在上wenku.baidu.com椭圆上,从椭圆方程中解出上半椭圆方程是
, .

解法二由隐函数求导法,有
或 ,

.
解法三将椭圆化为参数方程
.
点 对应的参数 .由参数方程求导法,有

.
例9设炮弹的弹头初速度是 ,沿着与地面成 角的方向抛射出去,求在时刻 时弹头的运动方向(忽略空气阻力,风向等因素).
二元方程F(x,y)=x +y -a =0(a>0)在A=[-a,a]确定两个连续的(B =[0,+ )与
B =(- ,0])隐函数。
事实上, ,由二元方程对应唯一一个 = ,且
与 ,且
于是,二元方程F(x,y)=x +y -a =0在A=[-a,a]确定了两个连续的隐函数。
与 。
这两个隐函数的图像是以原点为心以a为半径的在区间 的上半圆周与下半圆周,如图5.5

解得隐函数的导数
.
例3证明过双曲线 上一点 的切线方程是
.(1)
证明首先求过点 的切线斜率 ,即求双曲线确定的隐函数 的导数在点 的值.
, .
解得 .在点 的切线斜率 .从而,切线方程是

.
因为点 在双曲线上,所以 .于是,所求得切线方程是
.
当 时,有 .过双曲线 上点 的切线方程是 ,也满足(1)式.
由隐函数的定义看到,二元方程F(x,y)=0确定的隐函数y= (x)( , )必是二元方程F(x,y)=0的解,因此, ,有
F[x,f(x)]=0 (或F[x,f(x)] 0).
例如,二元方程F(x,y)=2x-3y-1=0在R确定(从中解得)一个隐函数。
事实上, ,由二元方程对应唯一一个 ,且
F(x , )=2x-3 -1 0.
例4证明抛物线 上任意点的切线在两个坐标轴上截距的和等于 .
证明在抛物线上任取一点 ,即 .求抛物线在点 的切线斜率 .由隐函数求导法则,有
或 .
从而斜率 .在点 的切线方程是
.
它在 轴与 轴上的截距分别是 与 .于是,二截距之和是
( )+( )
= = = = .
求某些显函数的导数,直接求它的导数比较繁琐,这时可将它化为隐函数,用隐函数的求导法则求其导数,比较简单些。将显函数化为隐函数常用的方法是在等号两端取绝对值再取对数,这就是对数求导法。适用于幂指函数以及其他一些函数.现举例如下:
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