Функције – извод имплицитне функције 1

Извод имплицитно задате функције. Једноставни примери.

Задаци


Текст задатака објашњених у видео лекцији:

Пр.1)   Одредити извод функције:

            6x2−4y=06{x^2} - 4y = 0

Пр.2)   2x2−3y2+6=02{x^2} - 3{y^2} + 6 = 0

Пр.3)   3x2+xy−2y2+7=03{x^2} + xy - 2{y^2} + 7 = 0

Пр.4)   ex+xy+ey−13=0{e^x} + xy + {e^y} - 13 = 0

Пр.6)   ln⁡(xy)+x2+y2−13=0\ln \left( {xy} \right) + {x^2} + {y^2} - 13 = 0


Пр.1)  6x2−4y=06{x^2} - 4y = 0

У имплицитном облику

6x2−4y=012x−4y′=04y′=12xy′=3x\begin{aligned}&6{x^2} - 4y = 0 \\ &12x - 4y' = 0 \\ &4y' = 12x \\ &y' = 3x\end{aligned}

проверим: прво запишећемо у експлицитни облик и затим одредићемо извод функције

4y=6x2y=32x2y′=32⋅2xy′=3x\begin{aligned}&4y = 6{x^2} \\ &y = \frac{3}{2}{x^2} \\ &y' = \frac{3}{2} \cdot 2x \\ &y' = 3x\end{aligned}

Пр.2)   2x2−3y2+6=02{x^2} - 3{y^2} + 6 = 0

2x2−3y2+6=04x−6y⋅y′+0=06y⋅y′=4xy′=4x6yy′=2x3y\begin{aligned}&2{x^2} - 3{y^2} + 6 = 0 \\ &4x - 6y \cdot y' + 0 = 0 \\ &6y \cdot y' = 4x \\ &y' = \frac{{4x}}{{6y}} \\ &y' = \frac{{2x}}{{3y}}\end{aligned}

Пр.3)   3x2+xy−2y2+7=03{x^2} + xy - 2{y^2} + 7 = 0

3x2+xy−2y2+7=06x+1y+xy′−4yy′=0y′(x−4y)=−6x−yy′=−6x−yx−4yy′=−(6x+y)−(4y−x)y′=6x+y4y−x\begin{aligned}&3{x^2} + xy - 2{y^2} + 7 = 0 \\ &6x + 1y + xy' - 4yy' = 0 \\ &y'\left( {x - 4y} \right) = - 6x - y \\ &y' = \frac{{ - 6x - y}}{{x - 4y}} \\ &y' = \frac{{ - \left( {6x + y} \right)}}{{ - \left( {4y - x} \right)}} \\ &y' = \frac{{6x + y}}{{4y - x}}\end{aligned}

Пр.4)   ex+xy+ey−13=0{e^x} + xy + {e^y} - 13 = 0

ex+xy+ey−13=0ex+y+xy′+eyy′=0y′(x+ey)=−ex−yy′=−ex−yx+ey\begin{aligned}&{e^x} + xy + {e^y} - 13 = 0 \\ &{e^x} + y + xy' + {e^y}y' = 0 \\ &y'\left( {x + {e^y}} \right) = - {e^x} - y \\ &y' = \frac{{ - {e^x} - y}}{{x + {e^y}}}\end{aligned}

Пр.6)   ln⁡(xy)+x2+y2−13=0\ln \left( {xy} \right) + {x^2} + {y^2} - 13 = 0

ln⁡(xy)+x2+y2−13=01xy⋅(y+xy′)+2x+2yy′=0yxy+xy′xy+2x+2yy′=0;x≠0,y≠01x+y′y+2x+2yy′=0y′(1y+2y)+1y+2x=0y′=−1x+2x1y+2y\begin{aligned}&\ln \left( {xy} \right) + {x^2} + {y^2} - 13 = 0 \\ &\frac{1}{{xy}} \cdot \left( {y + xy'} \right) + 2x + 2yy' = 0 \\ &\frac{y}{{xy}} + \frac{{xy'}}{{xy}} + 2x + 2yy' = 0;x \ne 0,y \ne 0 \\ &\frac{1}{x} + \frac{{y'}}{y} + 2x + 2yy' = 0 \\ &y'\left( {\frac{1}{y} + 2y} \right) + \frac{1}{y} + 2x = 0 \\ &y' = - \frac{{\frac{1}{x} + 2x}}{{\frac{1}{y} + 2y}}\end{aligned}

Кад је веза између xx и yy дата једначином F(x,y)=0F(x, y) = 0, а yy није изражено преко xx, извод налазите имплицитно. Обе стране једначине изведете по xx, имајући у виду да је yy функција од xx. Зато се сваки члан са yy изводи као сложена функција: (y2)′=2yy′(y^2)' = 2yy', (ey)′=eyy′(e^y)' = e^y y', а по правилу производа (xy)′=y+xy′(xy)' = y + xy'. Затим све чланове са y′y' пребаците на једну страну, издвојите y′y' и поделите. Резултат обично садржи и xx и yy: из 2x2−3y2+6=02x^2 - 3y^2 + 6 = 0 добија се y′=2x3yy' = \frac{2x}{3y}.

Нагиб у конкретној тачки добијате кад уврстите обе њене координате. Најчешћа грешка је изостављено y′y' уз члан у ком је yy.

−20−101020510150x (m)y (m)
12 m
Висина y₀
8 m
Нагиб −x₀/(4y₀)
−0,375
Угао нагиба
20,6°
Нагиб тангенте увек је једнак −x04y0-\frac{x_0}{4y_0}, иако yy нигде није изражено преко xx. На врху свода нагиб је нула, а ка подножју свод је све стрмији.

Кружнице, елипсе и профили лукова и сводова лакше се записују једначином него функцијом. Нагиб таквог профила у некој тачки, на пример при пројектовању свода хале или лука моста, добија се имплицитним извођењем.

Рефлектор на своду хале

Попречни пресек крова спортске хале има облик полуелипсе широке 40 m и високе 10 m. Ако је почетак координата на средини пода, свод лежи на кривој x2400+y2100=1\frac{x^2}{400} + \frac{y^2}{100} = 1 (у метрима). Рефлектор треба причврстити у тачки (12,8)(12, 8) свода, управно на свод, па је потребан нагиб свода у тој тачки. Колики је нагиб и под којим углом се свод ту спушта?

Решење

  1. Тачка лежи на своду: 144400+64100=0,36+0,64=1\frac{144}{400} + \frac{64}{100} = 0{,}36 + 0{,}64 = 1.
  2. Изводимо обе стране по xx, а yy је функција од xx: 2x400+2y⋅y′100=0\frac{2x}{400} + \frac{2y \cdot y'}{100} = 0.
  3. Издвојимо y′y': y′=−2x400⋅1002y=−x4yy' = -\frac{2x}{400} \cdot \frac{100}{2y} = -\frac{x}{4y}.
  4. У тачки (12,8)(12, 8): y′=−1232=−0,375y' = -\frac{12}{32} = -0{,}375, а угао нагиба је arctg⁡0,375≈20,6∘\operatorname{arctg} 0{,}375 \approx 20{,}6^\circ.

Одговор: Нагиб свода у тачки (12,8)(12, 8) је −0,375-0{,}375, па се свод ту спушта под углом од око 20,6∘20{,}6^\circ према хоризонтали.

Задатак за вежбу

Одредите y′y' ако је x2+xy+y2=7x^2 + xy + y^2 = 7 и израчунајте нагиб криве у тачки (1,2)(1, 2).

Прикажи решење

2x+y+xy′+2yy′=02x + y + xy' + 2yy' = 0, па је y′=−2x+yx+2yy' = -\frac{2x + y}{x + 2y}. У тачки (1,2)(1, 2): y′=−45y' = -\frac{4}{5}.