隐函数的偏导数
定理一
设F(x,y)在P(x0,y0)的某一邻域内满足以下条件
⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧具有连续的偏导数F(x0,y0)=0Fy(x0,y0)=0
则F(x,y)=0在点x0的某一邻域内可以确定y=f(x)满足y0=f(x0),并且有连续导数
dxdy=−FyFx(隐函数求导公式)
证明略。
推导
设F(x,f(x))=0,两边对x求导,有∂x∂F+∂y∂Fdxdy=0⇒dxdy=−FyFx。
若F(x,y)二阶偏导数也连续,则可以求隐函数的二阶导数
dx2d2y=∂x∂(−FyFx)+∂y∂(−FyFx)⋅dxdy=−Fy2FxxFy−FyxFx−Fy2FxyFy−FyyFx(−FyFx)=−Fy3FxxFy2−2FxyFxFy+FyyFx2
定理二
若函数F(x,y,z)满足:
⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧在点P(x0,y0,z0)的某邻域内具有连续偏导数F(x0,y0,z0)=0Fz(x0,y0,z0)=0
则相似的有
∂x∂z=−FzFx,∂y∂z=−FzFy
证明略
推导
设z=f(x,y)是方程F(x,y,z)=0确定隐函数,则
F(x,y,f(x,y))≡0↓两边对x求偏导Fx+Fz∂x∂z=0 ↓在邻域内Fz=0∂x∂z=−FzFx
方程组所确定的隐函数组及其导数
{F(x,y,u,v)=0G(x,y,u,v)=0⇒{u=u(x,y)v=v(x,y)
由F,G的偏导数组成的行列式
J=∂(u,v)∂(F,G)=∣∣∣∣∣FuGuFvGv∣∣∣∣∣
称为F、G的雅可比行列式
定理三
与定理一、定理二相似的,将第三条条件换为
J∣P=∂(u,v)∂(F,G)∣∣∣∣∣P=0
有偏导数公式:
∂x∂u=−J1∂(x,v)∂(F,G)=−∣∣∣∣∣FuGuFvGv∣∣∣∣∣1∣∣∣∣∣FxGxFvGv∣∣∣∣∣
∂y∂u=−J1∂(y,v)∂(F,G)=−∣∣∣∣∣FuGuFvGv∣∣∣∣∣1∣∣∣∣∣FyGyFvGv∣∣∣∣∣
∂x∂v=−J1∂(u,x)∂(F,G)=−∣∣∣∣∣FuGuFvGv∣∣∣∣∣1∣∣∣∣∣FuGuFxGx∣∣∣∣∣
∂y∂v=−J1∂(u,y)∂(F,G)=−∣∣∣∣∣FuGuFvGv∣∣∣∣∣1∣∣∣∣∣FuGuFyGy∣∣∣∣∣
例
设xu−yv=0,yu+xv=1,求∂x∂u,∂x∂v.
⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧x∂x∂u−y∂x∂v=−ut∂x∂u+x∂x∂v=−v
由题设知J=∣∣∣∣∣x−y−yx∣∣∣∣∣=x2+y2=0
故有⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧∂x∂u=J1∣∣∣∣∣−u−v−yx∣∣∣∣∣=−x2+y2xu+yv∂x∂v=J1∣∣∣∣∣xy−u−v∣∣∣∣∣=−x2+y2xv−yu