隐函数求导法则
前面讨论了函数y=f(x)的求导方法,但有时函数关系是通过方程给出的,如
x+y3=1,
解出其函数表达式为y=,称为显函数.若不解出y,方程x+y3=1仍然隐含有上述函数关系,此时称函数关系y=y(x)是隐函数.
一般来说,若函数y=f(x)可使二元方程F(x,y)=0成立,即F[x,f(x)]≡0,则称y=f(x)是由方程F(x,y)=0所确定的隐函数.
对一给定的方程F(x,y)=0,要求出y=f(x)并非易事,有时也没有必要,下面讨论由F(x,y)=0所确定的隐函数y=f(x)的求导问题.
例1 求由方程ey+xy-e=0所确定的隐函数y的导数
解 方程两边对x求导,得
考虑到y=y(x),再由复合函数求导法,有
解之得
当x=0时,y=1,代入上式,得
例2 求由方程x2+y2=1所确定的隐函数y=y(x)的导数及二阶导数
解 方程两边对x求导,得
有
再对x求导,得
例3 证明:过双曲线=1上一点(x0,y0)的切线方程是
证 先求切点(x0,y0)的切线斜率k,即由双曲线所确定的隐函数y=f(x)在该点的导数值.
方程两边对x求导,得
即
所以,切点(x0,y0)处的切线斜率k=,切线方程为
整理得
又(x0,y0)在双曲线上,所以所求切线方程为
有些函数虽为显函数,但直接求导比较烦琐或是不易求导,这时可采用下述的对数求导法.
例4 求幂指函数y=u (x )v(x)的导数(u(x)>0).
解 方程两边取对数,得
ln y=v (x )lnu (x),
此方程隐含函数关系y=y(x),两边对x求导,得
所以
另外,此题也可化成复合函数y=后求导,请读者用此方法验证上述结论.特别地,取u(x)=v(x)=x,则有
(xx)′=xx (lnx+1 )(x>0).
例5 设y=xtan x (x>0),求
解 两边取对数,得
ln y=tan xln x,
两边对x求导,得
所以
例6 设y=,求y′.
解 上式两边取对数,得
对x求导,得
所以