03.03隐函数求导与对数求导
解不出来也要问斜率封面场景

隐函数求导与对数求导 · 沉浸式数学故事

解不出来也要问斜率

水温与溶氧纠缠在一条经验关系里,y 很难单独解出,但现场仍要知道温度每升一度会损失多少溶氧。

第 3 章 · 导数与微分 · 5 幕故事 · 1 个训练

解不出来也要问斜率:温度与溶氧,被同一个条件拴在一起。

水质站 · 一条纠缠曲线

温度与溶氧,被同一个条件拴在一起。

监测组用经验式 F(x,y)=0 描述水温 x 与溶氧 y。公式含有 y² 和 xy,硬把 y 解成显函数既慢又容易丢分支。

F(x,y)=0关系已经确定,即使 y 没被单独写在等号左边。
解不出来也要问斜率:解不出 y,就不能问变化率吗?

组长的追问

解不出 y,就不能问变化率吗?

现场只需某点附近“温度每升 1 ℃,溶氧约降多少”。这是切线斜率 dy/dx,而不是整条显式公式。

目标:在 (x₀,y₀) 求 y′局部问题不一定需要全局解。
解不出来也要问斜率:看到 y,记得它也依赖 x。

两边同时求导

看到 y,记得它也依赖 x。

对等式两边关于 x 求导。含 y 的项使用链式法则:y² 的导数不是 2y,而是 2yy′。

d(y²)/dx=2y·y′所有 y′ 项都要被完整保留。
解不出来也要问斜率:含 y′ 的项站一边,其余项站另一边。

把斜率收拢

含 y′ 的项站一边,其余项站另一边。

整理后直接解出 y′,再代入测量点的 x₀、y₀。一般形式可以写得非常紧凑。

y′=−Fₓ/Fᵧ(Fᵧ≠0)分母为 0 时要警惕竖直切线或条件失效。
解不出来也要问斜率:幂与乘积太复杂,先取对数再求导。

另一条捷径

幂与乘积太复杂,先取对数再求导。

对 y=[u(x)]^{v(x)} 或多个因子的乘除式,先取自然对数把幂降下来、把乘除变成加减,再隐式求导。

ln y=v ln u对数求导是结构整理,不是新的导数定义。
解不出来也要问斜率训练场景

尾声 · 带着方法进课堂

故事落幕,判断才刚开始。

把这一课的条件、公式与易错点带进最后一次判断。

对 y² 关于 x 求导,正确结果是?
再读一遍

互动实验 · 一条解不干净的曲线F(x,y)=0

解不出 y,照样问得到斜率

曲线 x²/16 + y²/9 = 1 上,每个 x 对应上下两支 y,想解成 y=±√… 又乱又要分类。可我们根本不必解:两边直接对 x 求导,y′ = −Fₓ/Fᵧ = −9x/(16y),斜率立刻出来。拖动椭圆上的点,看切线随位置转动——全程没解过一次 y。

x²/16 + y²/9 = 1 x y