隱函數

由隱式方程所隱含定義的函數

如果方程F(x,y)=0能確定y是x的函數,那麼稱這種方式表示的函數是隱函數。而函數就是指:在某一變化過程中,兩個變數x、y,對於某一範圍內的x的每一個值,y都有確定的值和它對應,y就是x的函數。這種關係一般用y=f(x)即顯函數來表示。F(x,y)=0即隱函數是相對於顯函數來說的。

定義


隱函數是由隱式方程所隱含定義的函數。設是某個定義域上的函數。如果存在定義域上的子集,使得對每個屬於,存在相應的滿足,則稱方程確定了一個隱函數。記為。顯函數是用來表示的函數,顯函數是相對於隱函數來說的。

求導法則


對於一個已經確定存在且可導的情況下,我們可以用複合函數求導的鏈式法則來進行求導。在方程左右兩邊都對進行求導,由於其實是的一個函數,所以可以直接得到帶有 的一個方程,然後化簡得到 的表達式。
隱函數導數的求解一般可以採用以下方法:
方法①:先把隱函數轉化成顯函數,再利用顯函數求導的方法求導;
方法②:隱函數左右兩邊對求導(但要注意把看作的函數);
方法③:利用一階微分形式不變的性質分別對和求導,再通過移項求得的值;
方法④:把n元隱函數看作(n+1)元函數,通過多元函數的偏導數的商求得n元隱函數的導數。
舉個例子,若欲求的導數,那麼可以將原隱函數通過移項化為的形式,然後通過(式中分別表示和對的偏導數)來求解。

推理過程


一個函數,隱含在給定的方程 中,作為這方程的一個解(函數)。
例如如果不限定函數連續,則式中正負號可以隨x而變,因而有無窮個解;如果限定連續,則只有兩個解(一個恆取正號,一個恆取負號);如果限定可微,則要排除,因而函數的定義域應是開區間,但仍然有兩個解;如果還限定在適合原方程的一個點的鄰近範圍內,則只有一個惟一的解(當起點在上半平面時取正號,在下半平面時取負號)。
微分學中主要考慮函數與都連續可微的情形。
這時可以利用複合函數的微分法對方程(1)直接進行微分:
可見,即使在隱函數難於解出的情形,也能夠直接算出它的導數,唯一的條件是
隱函數理論的基本問題就是:在適合原方程(1)的一個點的鄰近範圍內,在函數連續可微的前提下,什麼樣的附加條件能使得原方程(1)確定一個惟一的函數,不僅單值連續,而且連續可微,其導數由(2)完全確定。隱函數存在定理就用於斷定(3)就是這樣的一個條件,不僅必要,而且充分。

示例


設方程確定是的函數,並且可導。如今可以利用複合函數求導公式求出隱函數對的導數。
例1 方程 確定了一個以為自變數,以為因變數的數,為了求對的導數,將上式兩邊逐項對求導,並將看作的複合函數,則有:
即 於是得 從上例可以看到,在等式兩邊逐項對自變數求導數,即可得到一個包含的一次方程,解出即為隱函數的導數。
例2 求由方程所確定的隱函數的導數。
解:將方程兩邊同時對求導,得:
解出即得
例3 求由方程所確定的隱函數的導數。
解:將方程兩邊同時對求導,得
解出即得。