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隐函数求导得到无定义表达式时,该点导数是否一定不存在?

隐函数求导得到无定义表达式时,该点导数是否一定不存在?

咱们先看一个典型的例子:方程$(x-y)^2=0$其实隐式定义的函数就是$y=x$,这个函数的导数显然是1对吧?但用隐函数求导的过程,却会得到一个在$y=x$点上看起来无定义的表达式,咱们一步步拆解这个过程:

首先从原方程开始:
$$(x-y)^2=0$$

对等式两边关于$x$求导:
$$\frac{d}{dx}( x-y)^{2} =\frac{d}{dx} 0$$

应用链式法则展开左边:
$$2(x-y)\frac{d}{dx}(x-y) =0$$

两边同时除以2,得到:
$$(x-y)\frac{d}{dx}(x-y) =0$$

展开求导项:
$$(x-y)\left(\frac{d}{dx} x-\frac{dy}{dx}\right) =0$$

化简$\frac{d}{dx}x=1$:
$$(x-y)\left(1-\frac{dy}{dx}\right) =0$$

把左边展开:
$$(x-y) -(x-y)\frac{dy}{dx} =0$$

移项后得到:
$$(x-y)\frac{dy}{dx}=(x-y)$$

到这里,如果我们直接两边除以$(x-y)$,就会得到$\frac{dy}{dx}=1$,但这个操作的前提是$x-y\neq0$,可原函数的所有点都满足$x=y$,也就是$x-y=0$,这时候直接约分得到的表达式在这些点上就“无定义”了。

但这并不代表这些点的导数不存在!因为原函数明确是$y=x$,它在所有点的导数都是1。问题出在我们做约分操作的时候,默认排除了$x-y=0$的情况,但原函数的定义域刚好就是$x-y=0$,这时候我们得回到之前的等式$(x-y)\left(1-\frac{dy}{dx}\right) =0$来看:当$x-y=0$时,这个等式本身无法直接确定导数,但结合原函数的实际定义,我们能明确导数是唯一的1,不能被约分后无定义的表达式误导。

所以结论很明确:隐函数求导得到的表达式在某点无定义,并不意味着该点的导数一定不存在,很多时候是求导过程中的代数操作(比如约分)丢失了该点的信息,这时候要结合原函数的实际情况来分析。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Nikolay Isaev

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