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6.2.3 多元函数的微分法则

6.2.3.1 复合函数的微分

1. 一元复合函数

(6.51a)u=f(x1,x2,,xn),x1=x1(ξ),x2=x2(ξ),,xn=xn(ξ),(6.51b)uξ=ux1dx1dξ+ux2dx2dξ++uxndxndξ.

2. 多元复合函数

u=f(x1,x2,,xn),(6.52a)x1=x1(ξ,η,,τ),x2=x2(ξ,η,,τ),,xn=xn(ξ,η,,τ),(6.52b)uξ=ux1x1ξ+ux2x2ξ++uxnxnξ,uη=ux1x1η+ux2x2η++uxnxnη,uη=ux1x1η+ux2x2η++uxnxnη.}

6.2.3.2 隐函数的微分

(1)若一元函数 y=f(x) 由方程

(6.53a)F(x,y)=0

给出, 则利用 (6.51b) 可对 (6.53a) 进行微分

(6.53b)Fx+Fyy=0,

(6.53c)y=FxFy(Fy0).

用同样的方法可得(6.53b)的微分

(6.53d)Fxx+2Fxyy+Fyy(y)2+Fyy=0.

由(6.53b),有

(6.53e)y=2FxFyFxy(Fy)2Fxx(Fx)2Fyy(Fy)3.

利用类似的方法可计算三阶导数

(6.53f)Fxxx+3Fxxyy+3Fxyy(y)2+Fyyy(y)3+3Fxyy+3Fyyyy+Fyy=0

由此可把 y 表示出来.

(2) 若多元函数 u=f(x1,x2,,xi,,xn) 由方程

(6.54a)F(x1,x2,,xi,,xn,u)=0

给出, 可用类似前面的方法来计算偏导数

(6.54b)ux1=Fx1Fu,ux2=Fx2Fu,,uxn=FxnFu,

但是此处将会用到 (6.52b). 按同样的方法可计算高阶导数.

(3) 若两个一元函数 y=f(x),z=φ(x)

(6.55a)F(x,y,z)=0 和 Φ(x,y,z)=0

构成的方程组给出. 根据 (6.51b), (6.55a) 的微分为

(6.55b)Fx+Fyy+Fzz=0,Φx+Φyy+Φzz=0,

(6.55c)y=FzΦxΦzFxFyΦzFzΦy,z=FxΦyFyΦxFyΦzFzΦy.

y,z ,利用 (6.55b) 的微分,用同样的方法可计算二阶导数 yz .

(4) n 个一元函数 令 y1=f(x),y2=φ(x),,yn=ψ(x)n 个方程

F(x,y1,y2,,yn)=0,Φ(x,y1,y2,,yn)=0,,Ψ(x,y1,y2,,yn)=0

(6.56a)

构成的方程组给出. 由 (6.51b), 可得 (6.56a) 的微分

(6.56b)Fx+Fy1y1+Fy2y2++Fynyn=0,Φx+Φy1y1+Φy2y2++Φynyn=0,+++++=0,Ψx+Ψy1y1+Ψy2y2++Ψynyn=0.}

解 (6.56b),可得要求的导数 y1,y2,,yn . 用类似的方法可计算高阶导数.

(5) 若两个二元函数 u=f(x,y),v=φ(x,y)

(6.57a)F(x,y,u,v)=0 和 Φ(x,y,u,v)=0

构成的方程组给出. 利用 (6.52b),(6.57a) 的关于 x,y 的微分为

(6.57b)Fx+Fuux+Fvvx=0,Φx+Φuux+Φvvx=0.}(6.57c)Fy+Fuuy+Fvvy=0,Φy+Φuuy+Φvvy=0.}

分别从方程组 (6.57b) 和 (6.57c) 中解出 ux,vxuy,vy ,即得一阶偏导数. 利用同样的方法可计算高阶偏导数.

(6) 由 n 个方程构成的方程组给出的 nm 元函数 利用与前面类似的方法可计算一阶和高阶偏导数.

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