calculus

Неявное дифференцирование

Неявное дифференцирование находит dy/dx, когда y задан неявно уравнением (например, x²+y²=25), без предварительного выражения y.

Неявное дифференцирование находит dydx\frac{dy}{dx}, когда yy задан неявно уравнением, без предварительного явного выражения yy. Оно особенно полезно, когда выразить yy трудно или невозможно.

Процедура: продифференцировать обе части уравнения по xx, считая yy функцией от xx (так что каждый член с yy получает множитель dydx\frac{dy}{dx} по правилу цепочки), затем разрешить относительно dydx\frac{dy}{dx}.

Пример: для x2+y2=25x^2 + y^2 = 25 (окружность):

  1. Дифференцируем обе части: 2x+2ydydx=02x + 2y \frac{dy}{dx} = 0.
  2. Разрешаем: dydx=xy\frac{dy}{dx} = -\frac{x}{y}.

Это даёт угловой коэффициент в любой точке окружности без необходимости в y=±25x2y = \pm\sqrt{25 - x^2}.

Неявное дифференцирование — стандартный инструмент для:

  • касательных к кривым, которые не являются графиками функций;
  • задач о связанных скоростях изменения (вода, наполняющая конус, лестница, скользящая по стене);
  • дифференцирования обратных функций (вывод формулы ddxarcsinx=11x2\frac{d}{dx}\arcsin x = \frac{1}{\sqrt{1-x^2}} его использует);
  • решения дифференциальных уравнений и кривых с постоянным свойством (линии уровня).