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隐函数

数学函数

如果方程F(x,y)=0能确定y是x的函数，那么称这种方式表示的函数是隐函数。而函数就是指：在某一变化过程中，两个变量x、y，对于某一范围内的x的每一个值，y都有确定的值和它对应，y就是x的函数。这种关系一般用y=f(x)即显函数来表示。F(x,y)=0即隐函数是相对于显函数来说的。

定义
隐函数是由隐式方程所隐含定义的函数。设F（x,y）是某个定义域上的函数。如果存在定义域上的子集D，使得对每个x属于D，存在相应的y满足F(x,y)=0，则称方程确定了一个隐函数。记为y=y(x)。显函数是用y=f(x)来表示的函数，显函数是相对于隐函数来说的。
如果在方程F(x,y)=0中，当x取某区间内的任一值时，相应地总有满足此方程唯一的y值存在，那么方程F(x,y)=0在该区间内确定了一个一元隐函数。类似若有一个三元方程F(x,y,z)=0所确定的二元函数z=f(x,)存在，则有可能确定一个二元隐函数。
求导法则
对于一个已经确定存在且可导的情况下，可以用复合函数求导的链式法则来进行求导。在方程左右两边都对x进行求导，由于y其实是x的一个函数，所以可以直接得到带有 y' 的一个方程，然后化简得到 y' 的表达式。
隐函数导数的求解一般可以采用以下方法：
方法①：先把隐函数转化成显函数，再利用显函数求导的方法求导；
方法②：隐函数左右两边对x求导（但要注意把y看作x的函数）；
方法③：利用一阶微分形式不变的性质分别对x和y求导，再通过移项求得的值；
方法④：把n元隐函数看作(n+1)元函数，通过多元函数的偏导数的商求得n元隐函数的导数。
举个例子，若欲求z = f(x,y)的导数，那么可以将原隐函数通过移项化为f(x,y,z) = 0的形式，然后通过（式中F'y,F'x分别表示y和x对z的偏导数）来求解。
推理过程
一个函数y=ƒ(x)，隐含在给定的方程 中，作为这方程的一个解（函数）。例如
(1)
如果不限定函数连续，则式中正负号可以随x而变,因而有无穷个解；如果限定连续，则只有两个解（一个恒取正号,一个恒取负号）；如果限定可微，则要排除x=±1，因而函数的定义域应是开区间(-1半平面时取正号，在下半平面时取负号）。
微分学中主要考虑函数z=F(x，y)与y=ƒ(x)都连续可微的情形。
这时可以利用复合函数的微分法对方程(1)直接进行微分：
(2)
可见，即使在隐函数y=ƒ(x)难于解出的情形，也能够直接算出它的导数，唯一的条件是
(3)
隐函数理论的基本问题就是：在适合原方程(1)的一个点的邻近范围内，在函数F(x,y)连续可微的前提下，什么样的附加条件能使得原方程(1)确定一个惟一的函数y=ƒ(x)，不仅单值连续,而且连续可微，其导数由(2)完全确定。隐函数存在定理就用于断定(3)就是这样的一个条件，不仅必要，而且充分。
示例
设方程P(x, y)=0确定y是x的函数，并且可导。如今可以利用复合函数求导公式求出隐函数y对x的导数。
例1 方程 x2+y2-r2=0确定了一个以x为自变量，以y为因变量的数，为了求y对x的导数，将上式两边逐项对x求导，并将y2看作x的复合函数，则有：
(x2)+ (y2)-(r2)=0
即 2x+2yy'=0
于是得y'=-x/y 。
从上例可以看到，在等式两边逐项对自变量求导数，即可得到一个包含y'的一次方程， 解出y'即为隐函数的导数。
例2 求由方程y2=2px所确定的隐函数y=f(x)的导数。
解： 将方程两边同时对x求导，得：
2yy'=2p
解出y'即得
y'=p/y
例3 求由方程y=x ln y所确定的隐函数y=f(x)的导数。
解：将方程两边同时对x求导，得
y’=ln y+xy' /y
解出y'即得 。
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