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參數式函數 vs 隱式函數

參數式隱式 是描述無法套入簡單「yyxx 的函數」形式的曲線的兩種方式。

參數式

參數式xxyy 都表示為第三個變數 tt參數,常為時間)的函數:

x=f(t),y=g(t)x = f(t), \quad y = g(t)

例子:半徑為 1 的圓:x=costx = \cos ty=sinty = \sin t,其中 t[0,2π]t \in [0, 2\pi]

優點:自然地描述運動(每個 tt 給出一個位置),輕鬆處理環路與自交。

隱式

隱式 使用單一方程式:

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

同一個圓:x2+y21=0x^2 + y^2 - 1 = 0

優點:唯一的代數方程式,容易檢驗某點是否在曲線上(直接代入並檢查即可)。

何時用哪種

情形最佳形式
運動 / 軌跡參數式
需要隱函數微分隱式
曲線有自交參數式
代數 / 符號操作隱式
透過 tt 值繪圖參數式

解題範例:導數

對於圓 x2+y2=1x^2 + y^2 = 1

  • 隱函數微分2x+2ydydx=02x + 2y \frac{dy}{dx} = 0,所以 dydx=xy\frac{dy}{dx} = -\frac{x}{y}
  • 參數式x=costx = \cos ty=sinty = \sin t):dydx=dy/dtdx/dt=costsint=costsint=xy\frac{dy}{dx} = \frac{dy/dt}{dx/dt} = \frac{\cos t}{-\sin t} = -\frac{\cos t}{\sin t} = -\frac{x}{y}。✓

兩者給出相同答案;只是過程不同。

轉換

有時可以透過消去參數(參數式 → 隱式)或參數化(隱式 → 參數式)在兩種形式之間轉換。但並不總能乾淨地實現。

At a glance

Feature參數式隱式
形式x = f(t), y = g(t)F(x, y) = 0
處理自交通常較麻煩
檢驗點是否在曲線上求解 f(t) = x 且 g(t) = y代入 F(x, y),檢查是否為零
建模運動原生支援否(無時間變數)
代數操作較麻煩原生支援
Verdict

運動以及有自交的曲線用 參數式。代數操作與便捷的點檢驗用 隱式。兩者都可以求導;根據你的題目最初給出的是哪種形式來選擇。