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351 字
1 分钟
微积分下 14 - 多元隐函数的求导公式
2026-08-04

隐函数存在定理#

如果 F(x,y)F(x,y) 在点 P(x0,y0)P(x_0,y_0) 的某一邻域内有连续偏导数,并且 F(x0,y0)=0F(x_0,y_0)=0, F(x0,y0)0F(x_0,y_0) \neq 0 ,那么在P的某一邻域内就存在唯一一个连续且有连续导数的 y=f(x)y=f(x) ,并且有

dydx=FxFy\frac{dy}{dx}=\frac{F_x}{F_y}

这就是隐函数的求导公式

同样,它可以推广到三元

如果 F(x,y,z)F(x,y,z) 在点 P(x0,y0,z0)P(x_0,y_0,z_0) 的某一邻域内有连续偏导数,并且 F(x0,y0,z0)=0F(x_0,y_0,z_0)=0, Fz(x0,y0,z0)0F_z(x_0,y_0,z_0) \neq 0 ,那么在P的某一邻域内就存在唯一一个连续且有连续偏导数的 z=f(x,y)z=f(x,y) ,满足 z0=f(x0,y0)z_0=f(x_0,y_0) 并且有

Fxdx+Fydy+Fzdz=0F_xdx+F_ydy+F_zdz=0

dz=1Fz(Fxdx+Fydy)dz=-\frac 1 {F_z}(F_xdx+F_ydy)

由于

dz=zxdx+zydydz=\frac{\partial z}{\partial x}dx+\frac{\partial z}{\partial y}dy

即有

zx=FxFz,zy=FyFz\frac{\partial z}{\partial x}=-\frac{F_x}{F_z},\frac{\partial z}{\partial y}=-\frac{F_y}{F_z}

或者我们也可以求微分,例如

zx=FxFzFyFxyx\frac{\partial z}{\partial x}=-\frac{F_x}{F_z}-\frac{F_y}{F_x}\frac{\partial y}{\partial x}

由于在对x求偏导时,其他的量视为常量,而y与x没有关联,所以 yx=0\frac{\partial y}{\partial x} = 0 ,就有了我们的式子

方程组的情形#

我们进一步推广,不仅增加方程中的变量数,而且增加方程数,考虑

{F(x,y,u,v)=0G(x,y,u,v)=0\begin {cases} F(x,y,u,v)=0\\ G(x,y,u,v)=0 \end {cases}

这时候一般只有两个变量是独立变化的,于是方程组就可以确定两个二元函数,然后我们有如下的隐函数存在定理

F(x,y,u,v),G(x,y,u,v)F(x,y,u,v),G(x,y,u,v)P(x0,y0,u0,v0)P(x_0,y_0,u_0,v_0) 的某一邻域内有对于各个变量的连续偏导数,并且 F(x0,y0,u0,v0)=0,G(x0,y0,u0,v0)=0F(x_0,y_0,u_0,v_0)=0,G(x_0,y_0,u_0,v_0)=0

这时候,我们使用微分形式求解偏导数

{Fxdx+Fydy+Fudu+Fvdv=0Gxdx+Gyd+Gudu+Gvdv=0\begin {cases} F_xdx+F_ydy+F_udu+F_vdv=0\\ G_xdx+G_yd+G_udu+G_vdv=0 \end {cases}

因为要求对 xx 的偏导,令 dy=0dy = 0,并同除以 dxdx

{Fuux+Fvvx=FxGuux+Gvvx=Gx\begin{cases} F_u \frac{\partial u}{\partial x} + F_v \frac{\partial v}{\partial x} = -F_x \\ G_u \frac{\partial u}{\partial x} + G_v \frac{\partial v}{\partial x} = -G_x \end{cases}

解这个二元一次方程组(用克莱姆法则)

ux=FxFvGxGvFuFvGuGv\frac{\partial u}{\partial x} = \frac{ \begin{vmatrix} -F_x & F_v \\ -G_x & G_v \end{vmatrix} }{ \begin{vmatrix} F_u & F_v \\ G_u & G_v \end {vmatrix} }
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微积分下 14 - 多元隐函数的求导公式
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作者
两只鸽子
发布于
2026-08-04
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0

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