calculus

陰関数微分法

陰関数微分法は、y が方程式(x²+y²=25 など)によって陰に定義されているとき、まず y について解かずに dy/dx を求める手法である。

陰関数微分法は、yy が方程式によって陰に定義されているとき、まず yy について明示的に解かずに dydx\frac{dy}{dx} を求める手法である。yy について解くのが困難または不可能なときに特に有用である。

手順:方程式の両辺xx について微分し、yyxx の関数とみなす(よって各 yy の項には連鎖律により dydx\frac{dy}{dx} が付く)。そのうえで dydx\frac{dy}{dx} について解く。

x2+y2=25x^2 + y^2 = 25(円)について:

  1. 両辺を微分:2x+2ydydx=02x + 2y \frac{dy}{dx} = 0
  2. 解く:dydx=xy\frac{dy}{dx} = -\frac{x}{y}

これにより、y=±25x2y = \pm\sqrt{25 - x^2} を必要とせずに、円上の任意の点での傾きが得られる。

陰関数微分法は次のための標準的な道具である:

  • 関数のグラフではない曲線の接線
  • 関連変化率の問題(円錐に水を満たす、壁を滑り落ちるはしご)。
  • 逆関数の微分(ddxarcsinx=11x2\frac{d}{dx}\arcsin x = \frac{1}{\sqrt{1-x^2}} の導出にこれを用いる)。
  • 微分方程式や、ある量が一定である曲線(等位曲線)を解くこと。