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多元隐函数求导

高等数学 · 多元函数微分学

这一条要先会:多元复合函数求导法则、隐函数与参数方程求导

先打基础

一条一条过。读完点「已懂」或「待回顾」,这条就收起来,页面上剩下的就是还没过的。

1. 直接法:两边对 求偏导, 要链式

方程 在一定条件下定出一个函数 ,题目并不把它解出来。

求 最省心的办法:把方程两边对 求偏导,
再把 当未知量解出来。

动笔前先分清三个字母的身份:

是自变量(要求导的那个); 是自变量,被按住,导数为 ;
是函数,它随 变,所以遇到它要乘 。

这和一元的隐函数求导一字不差——那里是遇到 乘 ,这里多了一个被按住的变量。

2. 公式法:

把上面那套动作做一遍,结论就是公式。对 两边求偏导:



于是(当 )



这里的 是把 当成三个互相独立的变量求偏导。
算 时 只是第三个位置上的字母,不是 的函数——
否则就把同一件事做了两遍。

用公式法前先把方程整理成 的样子(所有项挪到一边),再算三个偏导。

条件 要记住:它是「这个方程真能定出 」的前提,也是分母。

3. 二阶偏导:再求一次,一阶结果要代回

求 就是把一阶结果再对 求一次偏导。

只有一件事要当心:一阶结果里含 ,而 仍是 的函数,所以求导时它还要链式。

动笔顺序:



式子里会冒出 ,把一阶的结果代回去,答案里不留它。

留着 不代回,等于答案里还有一个未知量——
这和一元隐函数那一节「二阶导里留着 」是同一个坑。

4. 方程组定出的隐函数:求导之后一定是线性方程组

两个方程可以定出两个函数:



它们在一定条件下确定出 与 。

做法和单个方程一样,只是两式同时对 求偏导, 都当函数:



这是关于 的二元一次方程组,解它(消元或克拉默法则)即得。

系数行列式



就是「解得出来」的条件,叫雅可比行列式。

求 时把上面的 换成 再来一遍,系数矩阵是同一个,只换右端。

常用结构

这类题反复出现的那个写法骨架——按这个顺序动笔。

直接法:求导、解出来

第一步:认身份——谁是自变量(求导的、被按住的),谁是函数。

第二步:两边对 求偏导;遇到 就乘 ,遇到 当常数。

第三步:把含 的项移到一边,解出它。

第四步:答案可以含 ,但不许含 自己。
例例. 设 由 确定,求 。

第一步,认身份:、 是自变量, 是它们的函数。对 求偏导时, 被按住当常数。

第二步,两边对 求偏导。遇到 就乘 (它是 的函数),遇到 当常数(导数为 ):



第三步,含 的项并到一边,解出来:



第四步,答案里含 、 没问题,但不许含 自己——没解出来就是没做完。

顺带一句: 的点要另行讨论,那里 ,这个解法不成立。

公式法:三个偏导,套公式

第一步:把方程整理成 (所有项挪到一边)。

第二步:把 当三个独立变量,求 。

第三步:检查 ,写出 、。

第四步:负号别丢。拿直接法对一遍更稳。
例例. 同一道题(),用公式法再做一遍。

第一步,整理成右边为零的样子:



第二步,把 当三个互不相干的变量求偏导——这一步里 不再是谁的函数:



第三步,(即 )时



同理 。

第四步,负号别丢。和直接法的结果一致 ✓

公式法快,但第二步的「 是独立变量」和第一步的「 是函数」说的是两件事,写在一张纸上很容易混——分开写,别省。

方程组:同时求导,解线性方程组

第一步:两个方程同时对 求偏导, 都当函数(各乘 、)。

第二步:整理成关于 的二元一次方程组,常数项移到右端。

第三步:克拉默法则或消元解出来;系数行列式就是雅可比行列式。

第四步:要 时换右端重做一次,系数矩阵不用重算。
例例. 设 、 由 确定,求 、。

第一步,两式同时对 求偏导。、 都是函数,各乘各的偏导; 当常数:



第二步,这已经是关于 的二元一次方程组,常数项在右端 ✓

第三步,消元:由第二式 ,代入第一式得 ,于是



第四步,再要 、:对 求导得 、。左端系数和上面一模一样,只有右端换了——所以系数矩阵(雅可比行列式)不用重算,这是分两次求的省力处。

基础易错

基础阶段真的会犯的那几处,每条都指到动笔的哪一步。

直接法漏乘

把 当成了常数,于是 求导写成 (或者 )。

症状:方程两边求导之后,式子里根本没有 ,无从解起。

防它的办法是动笔前写一句「 是函数」,和一元那边写「 是 的函数」一样。

公式法里算 时又把 当成 的函数

那等于把链式法则用了两遍,结果多出一截。

的意思是「把 两个位置钉死,只动 」——这一步里 就是一个独立字母。

认准这件事:公式里的负号已经是链式法则的产物,不必再链一次。

不写 ,也不管分母为零的点

是隐函数能定出来的前提,也是公式的分母。

球面那个例子里 ,所以赤道上()根本定不出 ,
而答案 在那里也没有意义。

解答题里写上「」这一句,是一分,也是一道防线。

二阶导里留着 不代回

一阶已经求出来了,二阶的式子里再出现它,就要立刻代回。

不代回的答案里含着一个未知量,算是没做完。

检查信号:代回之后分母的幂次通常比一阶高一次()。

自己试一试

这一档不判分、不记进度,想不出来就直接看解答。

第一组 · 先认身份

练 1

方程 定出 。两边对 求偏导时( )。
  • A 都当常数
  • B 当常数, 当 的函数
  • C 都当 的函数
  • D 都当独立变量

练 2

由 确定 ,则 ________。

练 3

设 ,则 ________。

练 4

公式 成立要求( )。
  • A
  • B
  • C
  • D无需任何条件

第二组 · 两条路都走通

练 5

由 ()确定 ,则 ________。

练 6

由 确定 ,则 ________。

练 7

由 确定 ,则 ( )。
  • A
  • B
  • C
  • D

练 8

由 确定 (),则 ________。

第三组 · 二阶与方程组

练 9

由 确定 ,则 ________。

练 10

已知 给出 ,则 ( )。
  • A
  • B
  • C
  • D

练 11

设 由 确定(),则 ________(用 的偏导表示)。

练 12

由方程组确定 ,两式对 求偏导后得到的是( )。
  • A关于 的二元一次方程组
  • B关于 的二元一次方程组
  • C一个一元方程
  • D关于 的二次方程组

读完了?下一步是同一个知识点的完整讲解,那一档按考试难度写。

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