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隱函數微分

大一 · 微積分

觀念

xy(3, 4)x² + y² = 25O

有些曲線不能(或不方便)寫成 y=f(x)y = f(x),例如圓 x2+y2=25x^2+y^2 = 25。隱函數微分 (implicit differentiation) 的做法是:把 yy 當成 xx 的函數,整條方程式對 xx 微分,遇到 yy 就用鏈鎖法則多乘一個 y′y',最後解出 y′y'。

算例:x2+y2=25x^2 + y^2 = 25 → 2x+2yy′=02x + 2yy' = 0 → y′=−xyy' = -\frac{x}{y}。在點 (3,4)(3,4) 斜率 −34-\frac{3}{4},確實垂直於半徑方向 (3,4)(3,4)。含 xyxy 的項要用乘積法則:(xy)′=y+xy′(xy)' = y + xy'。

這個技巧讓我們不必解出 yy 就能求切線,也是反函數導數(如 (arcsin⁡x)′=11−x2(\arcsin x)' = \frac{1}{\sqrt{1-x^2}})與相關變率問題的基礎。

例題

xy(9, −12)x² + y² = 225O

曲線 x2+y2=225x^2 + y^2 = 225 上的點 (9,−12)(9, -12),用隱函數微分 (implicit differentiation) 求該點的 dydx\dfrac{dy}{dx}(填最簡分數)。

看解法與答案

兩邊對 xx 微分,把 yy 看成 xx 的函數:2x+2y y′=02x + 2y\,y' = 0,所以 y′=−xyy' = -\dfrac{x}{y}。

代入 (9,−12)(9, -12):y′=−9−12=34y' = -\dfrac{9}{-12} = \frac{3}{4}。幾何意義:圓的切線垂直於半徑。

答案: 34\frac{3}{4}

用在哪裡

插畫

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學習路徑

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