calculus

隱函數微分

隱函數微分用於當 y 由方程式(如 x²+y²=25)隱式定義時,不必先解出 y 就求得 dy/dx。

隱函數微分用於當 yy 由方程式隱式定義時,不必先把 yy 顯式解出就求得 dydx\frac{dy}{dx}。當解出 yy 困難或不可能時尤其有用。

步驟:對方程式兩邊關於 xx 微分,將 yy 視為 xx 的函數(因此每個 yy 項依連鎖律會帶上一個 dydx\frac{dy}{dx}),然後解出 dydx\frac{dy}{dx}

範例:對 x2+y2=25x^2 + y^2 = 25(一個圓):

  1. 對兩邊微分:2x+2ydydx=02x + 2y \frac{dy}{dx} = 0
  2. 解出:dydx=xy\frac{dy}{dx} = -\frac{x}{y}

如此即可得到圓上任一點的斜率,而不需要 y=±25x2y = \pm\sqrt{25 - x^2}

隱函數微分是下列情形的標準工具:

  • 並非函數圖形之曲線的切線
  • 相關變化率問題(水注入圓錐、梯子沿牆滑下)。
  • 反函數微分(ddxarcsinx=11x2\frac{d}{dx}\arcsin x = \frac{1}{\sqrt{1-x^2}} 的推導用到它)。
  • 求解微分方程式以及某性質為常數的曲線(等高線)。