題目
Problem
2. Let (cosx)siny=1. Find dxdy. (10%)
解答
解法一
思路
展開
- 給定隱函數方程 (cosx)siny=1,要求對應的導數 dxdy。
- 我們對兩邊取自然對數以化去指數:
ln[(cosx)siny]=ln(1)⟹siny⋅ln∣cosx∣=0
- 第一步:使用隱函數微分法,對 x 進行求導(利用乘積法則與連鎖律):
dxd(siny⋅ln∣cosx∣)=0
(cosy⋅dxdy)⋅ln∣cosx∣+siny⋅(cosx−sinx)=0
- 第二步:整理出 dxdy 的代數關係式:
dxdycosyln∣cosx∣=sinytanx⟹dxdy=cosyln∣cosx∣sinytanx=ln∣cosx∣tanytanx
答題過程
展開
給定隱函數方程式為:
(cosx)siny=1
我們對等號兩側取自然對數:
siny⋅ln∣cosx∣=ln(1)=0
對此式兩邊關於 x 求導,利用乘積法則與連鎖律:
dxd(siny)⋅ln∣cosx∣+siny⋅dxd(ln∣cosx∣)=0
(cosy⋅dxdy)ln∣cosx∣+siny(cosx−sinx)=0
dxdycosyln∣cosx∣−sinytanx=0
移項並求導出 dxdy:
dxdycosyln∣cosx∣=sinytanx
當 cosy=0 且 ln∣cosx∣=0 時,兩側同除以 cosyln∣cosx∣:
dxdy=cosyln∣cosx∣sinytanx=ln∣cosx∣tanytanx
Note
幾何本質分析:
方程式 siny⋅ln∣cosx∣=0 的幾何圖像由以下兩組直線構成:
- siny=0⟹y=nπ (其中 n∈Z,為一系列水平直線),在此分支上 dxdy=0。
- ln∣cosx∣=0⟹cosx=±1⟹x=mπ (其中 m∈Z,為一系列垂直直線),在此分支上 dxdy 無定義。
代數求導所得的公式 dxdy=ln∣cosx∣tanytanx,在水平直線分支 y=nπ 上,因為 tan(nπ)=0,其值確實為 0,與幾何事實完全吻合。
結論:
導數為 dxdy=ln∣cosx∣tanytanx。