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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)∂u∂ξ=∂u∂x1dx1dξ+∂u∂x2dx2dξ+⋯+∂u∂xndxndξ.

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)∂u∂ξ=∂u∂x1∂x1∂ξ+∂u∂x2∂x2∂ξ+⋯+∂u∂xn∂xn∂ξ,∂u∂η=∂u∂x1∂x1∂η+∂u∂x2∂x2∂η+⋯+∂u∂xn∂xn∂η,∂u∂η=∂u∂x1∂x1∂η+∂u∂x2∂x2∂η+⋯+∂u∂xn∂xn∂η.}

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,

故

(6.53c)y′=−FxFy(Fy≠0).

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′′+3Fyyy′y′′+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)∂u∂x1=−Fx1Fu,∂u∂x2=−Fx2Fu,⋯,∂u∂xn=−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) 由

(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,

故

(6.55c)y′=FzΦx−ΦzFxFyΦz−FzΦy,z′=FxΦy−FyΦxFyΦz−FzΦy.

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

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

(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)∂F∂x+∂F∂u∂u∂x+∂F∂v∂v∂x=0,∂Φ∂x+∂Φ∂u∂u∂x+∂Φ∂v∂v∂x=0.}(6.57c)∂F∂y+∂F∂u∂u∂y+∂F∂v∂v∂y=0,∂Φ∂y+∂Φ∂u∂u∂y+∂Φ∂v∂v∂y=0.}

分别从方程组 (6.57b) 和 (6.57c) 中解出 ∂u∂x,∂v∂x 和 ∂u∂y,∂v∂y ,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 n 个 m 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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