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数学分析隐函数,隐函数求导定理的证明

时间:2023-05-04 14:36:41 阅读:173251 作者:4127

假设x,y与方程f(x,y )=0相关联,则它会尝试计算dy/dx,说它定义了函数y=f ) (x ),或者隐式定义了y=f ) (x )。 如上所述,给定这样的f,一般不能明确求出y,所以在求解之前知道这样的函数存在是非常重要的。

为了更好地理解给定的结论,考虑函数f(x,y )=x2 y21,我对满足f(x,y )=0的x,y感兴趣。 在这个函数中是单位圆,且f定义域的所有x都满足f(x,f ) (x ) )时,函数f ) (x )才有解。 很明显,f的形式一定是f(x(=1x2 ),因为他们中的一个是解,所以f并不一定是唯一的。 (x0,y0 )满足f ) x0,y0 ) (f ) x,f ) x ) )是否能找到使(x0,y0 )成为0的f ) x,f(x ) )。 f是) x0,y0 ) )附近微小且唯一。 当x01时,f取适当的平方根即可。 给定的y0确定选定的平方根,如图1中所描绘,点x=1有几个特殊的原因。 首先,f在这里不是微小的,其次在x0=1附近不是唯一的。 这些地方是F/y=0的地方。 因此,我们希望确保在F/y0这样的条件下(至少局部地)可以唯一地找到函数f,以便f(x,f(x ) )变为0。

图1

一般有函数F:RnRmRm,考虑关系f(x,y )=0,或

f1(x1,xn,y1,ym ) FM ) x1,xn,y1,ym )==00

我想根据这个m个方程式以x1,…,xn的形式求出m个未知变量y1,…,ym。

定理如下。

定理2 (隐函数定理)以ARnRm为开集,F:ARm为Cp系函数(即,f具有p次连续导数,其中p为正整数)。 假设(x0,y0 ) a,f ) x0,y0 )=0,

3=3333333333 f1 y1f my1f1 ymf mym 3333

用(x0,y0 )计算。 其中f=) f1,Fm )。 假设0,存在x0的邻域宽度urn、y0的邻域宽度v和唯一函数f:UV,它对于所有的xU

f(x,f ) x ) )=0

此外,f是基于Cp的。

实际上,您应该看到上面的定义是从反函数中推导出来的。 通过上面的例子,可以看出该定理的有效性以及约束条件0的必要性。 可以根据方程式f(x,f(x ) )=0用连锁法则确定Df。 首先考虑m=1的情况,根据连锁定律

0=XIF(x,f ) x )=FXIfyFXI

所以我们得到了重要的方程式。 (请注意减号) :

FXI=f/XIF/y

这里需要特别注意。 那是

(f/Xi ) (f/y ) )。

不能消去f得出y/xi。

我们可以如上所述将一般解形式化。

推论1在定理2中,fj/xi的形式是

f 1x1 fmx1f1 xnfmxn=f1 y1f my1f1 ymf my m1 f 1x1 fmx1f1 xnfmxn

这里e1表示逆矩阵。

该推理的证明与上面介绍的m=1的情况相同。

例1 :考虑方程式

xu yv2xv3 y2u6=0=0

在x=0,y=1,u=0,v=0附近,用x,y表示的u,v解是唯一的吗? 如果u/x在x=0,y=1的地方有解的话,求出其解。

解:这里有f(x,y,u,v )=0。 其中f表示给定方程的左半部分。 我想看看能不能解u(x,y ),u(x,y ) )。 因此

3=3333 f1 uf2u f1 vf2v 333=33 x6y 2u 52 y v3x v 23

在给定的点上那等于0。 隐函数定理表明x,y中唯一不能求u,v。

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