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最后更新: 2024-12-27 17:26    查看: 372 次    高考专区    考研专区    公式专区    刷题专区    词条搜索       

雅可比 (Jacobi) 行列式与隐函数方程组

雅可比 (Jacobi) 行列式与隐函数方程组

定理 6 (隐函数存在定理 3 ) 设函数 F(x,y,u,v)G(x,y,u,v) 在点 P0(x0,y0,u0,v0) 的某个邻域内具有对各个变量的一阶连续偏导数,又 F(x0,y0,u0,v0)=0G(x0,y0,u0,v0)=0 , 且在点 P0(x0,y0,u0,v0) 处偏导数所组成 的函数行列式 (也称雅可比 (Jacobi) 行列式) J=(F,G)(u,v)=|FuFvGuGv|0 , 则方程组 {F(x,y,u,v)=0G(x,y,u,v)=0 在点 P0(x0,y0,u0,v0) 的某个邻域内恒能唯一确定一 组连续且具有连续偏导数的函数 u=u(x,y)v=v(x,y) ,它们满足条件 u0=u(x0,y0)v0=v(x0,y0)mathrm  

ux=1J(F,G)(x,v)=|FxFvGxGv||FuFvGuGv|,vx=1J(F,G)(u,x)=|FuFxGuGx||FuFvGuGv|;uy=1J(F,G)(y,v)=|FyFvGyGv||FuFvGuGv|,vy=1J(F,G)(u,y)=|FuFyGuGy||FuFvGuGv|.

上述公式比较复杂,我们可以通过推导,注意它的形成过程,这样对记忆有 帮助,比如可通过微分:

{Fx dx+Fy dy+Fu du+Fv dv=0Gx dx+Gy dy+Gu du+Gv dv=0

然后解出 ux,uy,vx,vy.
也可将函数 u=u(x,y)v=v(x,y) “代入" {F(x,y,u,v)=0G(x,y,u,v)=0 ,即得

方程组关于 x 求偏导,得:

{Fx+Fuux+Fvvx=0Gx+Guux+Gvvx=0

然后解出 ux,vx;
同理关于 y 求偏导,得:

 得: {Fy+Fuuy+Fvvy=0Gy+Guuy+Gvvy=0 然后解出 uyvy.

例 15 设 u=u(x,y)v=v(x,y) 由方程组 {u+v=x+yxu+yv=1 确定,求 uxuyvxvy.
这道题目可以用公式做,也可以用推导法解得,我们采取推导法.
解一 在方程组 {u+v=x+yxu+yv=1 两端微分: {du+dv=dx+dyx du+u dx+y dv+v dy=0 ,整理得

du=(u+y)dx+(v+y)dyxy, dv=(u+x)dx+(v+x)dyxy

ux=u+yxyuy=v+yxyvx=u+xxyvy=v+xxy;
例 15 设 u=u(x,y)v=v(x,y) 由方程组 {u+v=x+yxu+yv=1 确定,求 uxuy,vx,vy.
解二 在方程组 {u+v=x+yxu+yv=1 两端关于 x 求导,得 {ux+vx=1u+xux+yvx=0
整理得 ux=u+yxy,vx=u+xxy;
类似得 uy=v+yxyvy=v+xxy.

例 16 设函数 y=y(x)z=z(x) 由方程组 {x+y+z+z2=1x+y2+z+z3=2 确定,试求 dy dxdz dx. 解 将方程组微分 {dx+dy+dz+2z dz=0 dx+2y dy+dz+3z2 dz=0
消去 dz ,得

dy=3z22z2y+4yz13z2 dx ,即 dy dx=3z22z2y+4yz13z2 ; dz=12y2y+4yz13z2 dx ,即 dz dx=12y2y+4yz13z2 ; 

例 17 设函数 x=x(u,v)y=y(u,v) 在点 (u,v) 的某个邻域内连续且具有一阶
连续偏导数, J=(x,y)(u,v)=|xuxvyuyv|0 ,试求 uxuyvxvy;
解 设 {F(x,y,u,v)=xx(u,v)=0G(x,y,u,v)=yy(u,v)=0FG 在点 (x,y,u,v) 的某个邻域内连续 且具有一阶连续偏导数,且 J=(F,G)(u,v)=|xuxvyuyv|=|xuxvyuyv|=(x,y)(u,v)0

故在点 (x,y) 的某个邻域内存在连续且具有一阶连续偏导数的反函数 u=u(x,y)v=v(x,y).
{dx=xu du+xv dv dy=yu du+yv dvdu=yv dxxv dyJ dv=yu dx+xu dyJ
因此 ux=yvJuy=xvJ,vx=yuJvy=xuJ.


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