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关于一道多元抽象复合函数求导法的教学探究

  多元抽象复合函数的求导是高等数学教学中的一个重点和难点。和一元函数相比,多元抽象复合函数由于中间变量和自变量多数情况下不止一个,往往采用链式法则求导。求导过程中需要注意各个变量之间的依赖关系及函数结构,其关?I在于分清函数自变量、中间变量之间的关系。而当多元抽象复合函数遇上隐函数时,学生在做题时就更加觉得困难且容易出错。本文针对高等数学教材上的一道习题采用三种不同的解法,从而有效的引导学生对多元抽象复合函数求导更好的理解。
  例:设y=f(x,t),而t=t(x,y)是由方程F(x,y,t)=0所确定的函数,其中f,F都具有一阶连续偏导数,求。
  这是高等数学中的一道习题,学生在做此题时经常会出现如下共性的错误:
  [错解]由y=f(x,t),得到
  又由F(x,y,t)=0,则有,于是
  错因分析:由题设我们知道t=t(x,y)是由方程F(x,y,t)=0所确定的x,y的函数,将其代入到y=f(x,t)中,则有y=f[x,t(x,y)]由这一方程又可以确定y是自变量x的一元函数y=y(x),于是t=t(x,y)=t[x,y(x)],这说明t可以看作是以x,y为中间变量,以x为自变量的一元函数,上式错解中的等式是不成立的,应为,从中可以解出。本题学生给出的错解究其原因是没有仔细分清x,y,t三个变量之间的关系,三个变量是你中有我,我中有你,只有厘清他们的关系,才能给出正确解答。在教学的过程中,我们可以通过不同的角度方法来分析解决此类多元抽象函数的求导。下面我们从三个角度给出此题的正确解法。
  [正确解答]方法1 首先分析变量间的函数关系,把t看作是由方程F(x,y,t)=0所确定的二元函数t=t(x,y),则有:
  将t=t(x,y),代入函数y=f(x,t),得y=f[x,t(x,y)],两端同时对x求导得:
  从中得到:
  前面的错解就是试图用这种方法求解,但对函数y=f(x,t)=f[x,t(x,y)]的结构没有弄清楚而造成的。
  方法2 由题可知,所给问题中有两个方程、三个变量,则一般情况下由此方程组可以确定两个一元函数,可将其中一个变量选作自变量,而另外两个变量是它的函数。此题要求的是,于是自变量就已经选定了x,则y,t都是x的一元函数。
  由方程组F(x,y,t)=0,y=f(x,t),确定两个一元函数y=y(x),t=t(x)将所给的两个方的两端对x求导,有:
  解上面关于、的方程组可得:
  方法3 利用全微分形式的不变性对两方程求微分有:
  即
  解上面的关于dy、dt的方程组,由克莱姆法则可得:
  即有:

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