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微积分

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微积分

定义一个函数 x 2 + y 2 = 5 2 x^2+y^2=5^2 x2+y2=52

它的图像是一个圆


如果我们要求圆上任意一点的斜率,不如(3,4)这一点的斜率


以点(3,4)为起点,运动一小段距离,它的切线的斜率斜率就是图中 d y d x \frac{dy}{dx} \quad dxdy​,但是函

数 x 2 + y 2 = 5 2 x^2+y^2=5^2 x2+y2=52不是我们之前学习的 y = f ( x ) y=f(x) y=f(x)的函数,不存在输入一个x得到一个y的函数,x和y是同时由一个等式定义,这样的函数我们称它未隐函数,它是一个满足某种关于x,y的所有点(x,y)的集合



对函数 x 2 + y 2 = 5 2 x^2+y^2=5^2 x2+y2=52的两边同时求导:


得到 2 x d x + 2 y d y = 0 2xdx+2ydy=0 2xdx+2ydy=0 (常数的导数等于0)

变换等式

得到 d y d x = − x y \frac{dy}{dx} \quad=\frac{-x}{y} \quad dxdy​=y−x​也就是 − 3 4 \frac{-3}{4} \quad 4−3​

这个推导的过程就是隐函数求导

上面的变化率的问题,我们换一种解题的思路,将其转化为距离,速度,和时间的关系函数

梯子从顶端以1米/秒的速度下滑

求在开始的时间,梯子底端离开墙角的速度v是多少

由图可知d1和d2正相关

定义两个变量 y ( t ) y(t) y(t)和 x ( t ) x(t) x(t),因为x和y的变化有时间t决定,两个函数的关系为

x ( t ) 2 + y ( t ) 2 = 5 2 x(t)^2+y(t)^2=5^2 x(t)2+y(t)2=52

运动的时间t决定了x,y的长度的值,由勾股定理可知他们的平方的和等于斜边的平方 5 2 5^2 52

此时对等式左边求导,即在求经过一小段时间dt,y和x的变化率

即求dx,dy
等式右边因为是常数,常数的导数为0(常数不随时间变化,没有导数),所以等式为:


t=0时x,y都是原值,三条边为3,4,5


当梯子开始以1米/秒的速度滑落的时候, d y d t \frac{dy}{dt} \quad dtdy​为-1,带入等式,


最后结果

d x d t \frac{dx}{dt} \quad dtdx​= 4 3 \frac{4}{3} \quad 34​m/s

对比两种算法

区别在于圆的切线中,dx和dy是性对独立的两个变量,并不靠一个共同的变量产生联系,在梯子的下滑中有一个变量时间使dx,dy产生了联系

再次的,我们把 ( x 2 , y 2 ) (x^2,y^2) (x2,y2)看成S,s是一个关于x,y的函数,表示输入x,y两个值,返回平面内的一点(x,y)


当限定这一点等于25时,说明所有这些点的几何是圆的圆周


当它的值大于25,点在圆的外面,值小于25,点在圆内

对S求导,表示当x,y发生微小变化时,导致s的变化,记为ds

表示从(x,y)走到(dx,dy)后, x 2 + y 2 x^2+y^2 x2+y2变化了多少

当要求移动的dx,dy都落在圆上是,ds必须是0

s是25,s保持不变,就是说s的变化量ds必须是0


所以严格来说,s的导数是过圆的切线,而不是圆本身,当dx,dy无限趋近与0,也就近似圆

再来看另外一个函数 s i n ( x ) y 2 = x sin(x)y^2=x sin(x)y2=x

代表的是一些点的集合

对等式左边求导,就表示微小变化dx。dy对等式左边的值变化了多少

求导方法:
左乘右导,右乘左导

右边x的导数即为即为dx

等式中间的等号表示当左边的变化量等于右边的变化量时,移动的点才落在曲线上

只有这样 s i n ( x ) y 2 = x sin(x)y^2=x sin(x)y2=x才成立

微积分

定义一个函数 x 2 + y 2 = 5 2 x^2+y^2=5^2 x2+y2=52

它的图像是一个圆


如果我们要求圆上任意一点的斜率,不如(3,4)这一点的斜率


以点(3,4)为起点,运动一小段距离,它的切线的斜率斜率就是图中 d y d x \frac{dy}{dx} \quad dxdy​,但是函

数 x 2 + y 2 = 5 2 x^2+y^2=5^2 x2+y2=52不是我们之前学习的 y = f ( x ) y=f(x) y=f(x)的函数,不存在输入一个x得到一个y的函数,x和y是同时由一个等式定义,这样的函数我们称它未隐函数,它是一个满足某种关于x,y的所有点(x,y)的集合



对函数 x 2 + y 2 = 5 2 x^2+y^2=5^2 x2+y2=52的两边同时求导:


得到 2 x d x + 2 y d y = 0 2xdx+2ydy=0 2xdx+2ydy=0 (常数的导数等于0)

变换等式

得到 d y d x = − x y \frac{dy}{dx} \quad=\frac{-x}{y} \quad dxdy​=y−x​也就是 − 3 4 \frac{-3}{4} \quad 4−3​

这个推导的过程就是隐函数求导

上面的变化率的问题,我们换一种解题的思路,将其转化为距离,速度,和时间的关系函数

梯子从顶端以1米/秒的速度下滑

求在开始的时间,梯子底端离开墙角的速度v是多少

由图可知d1和d2正相关

定义两个变量 y ( t ) y(t) y(t)和 x ( t ) x(t) x(t),因为x和y的变化有时间t决定,两个函数的关系为

x ( t ) 2 + y ( t ) 2 = 5 2 x(t)^2+y(t)^2=5^2 x(t)2+y(t)2=52

运动的时间t决定了x,y的长度的值,由勾股定理可知他们的平方的和等于斜边的平方 5 2 5^2 52

此时对等式左边求导,即在求经过一小段时间dt,y和x的变化率

即求dx,dy
等式右边因为是常数,常数的导数为0(常数不随时间变化,没有导数),所以等式为:


t=0时x,y都是原值,三条边为3,4,5


当梯子开始以1米/秒的速度滑落的时候, d y d t \frac{dy}{dt} \quad dtdy​为-1,带入等式,


最后结果

d x d t \frac{dx}{dt} \quad dtdx​= 4 3 \frac{4}{3} \quad 34​m/s

对比两种算法

区别在于圆的切线中,dx和dy是性对独立的两个变量,并不靠一个共同的变量产生联系,在梯子的下滑中有一个变量时间使dx,dy产生了联系

再次的,我们把 ( x 2 , y 2 ) (x^2,y^2) (x2,y2)看成S,s是一个关于x,y的函数,表示输入x,y两个值,返回平面内的一点(x,y)


当限定这一点等于25时,说明所有这些点的几何是圆的圆周


当它的值大于25,点在圆的外面,值小于25,点在圆内

对S求导,表示当x,y发生微小变化时,导致s的变化,记为ds

表示从(x,y)走到(dx,dy)后, x 2 + y 2 x^2+y^2 x2+y2变化了多少

当要求移动的dx,dy都落在圆上是,ds必须是0

s是25,s保持不变,就是说s的变化量ds必须是0


所以严格来说,s的导数是过圆的切线,而不是圆本身,当dx,dy无限趋近与0,也就近似圆

再来看另外一个函数 s i n ( x ) y 2 = x sin(x)y^2=x sin(x)y2=x

代表的是一些点的集合

对等式左边求导,就表示微小变化dx。dy对等式左边的值变化了多少

求导方法:
左乘右导,右乘左导

右边x的导数即为即为dx

等式中间的等号表示当左边的变化量等于右边的变化量时,移动的点才落在曲线上

只有这样 s i n ( x ) y 2 = x sin(x)y^2=x sin(x)y2=x才成立

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