Wolfram|Alpha自然語言幫你做計算系列(03):具體、抽象函數、隱函數、參數方程求導與方向導數計算

2021-02-21 WOLFRAM
1、一元、多元函數一階導數與導數值的計算

例1  計算以下函數的導數,並求在

輸入表達式為

d/dx((x^3)cos(5x^2+e^(2x))-ln(3x^3-2x))

執行後的結果如下圖所示.

結果不僅顯示導數結果,也給出了函數在不同範圍內的圖形. 輸入表達式也可以直接以更自然的語言描述形式輸入,比如輸入:

derivative of (x^3)cos(5x^2+e^(2x))-ln(3x^3-2x)

執行計算得到的結果一致.

在以上兩種輸入的表達式後面加上where x=1,比如輸入

derivative of (x^3)cos(5x^2+e^(2x))-ln(3x^3-2x) where x=1

執行計算後即得到導數值為

例2  計算以下函數的一階偏導數和在

關於

d/dx(a sin(x^3+y^2)-(x+y^(1/2))^(1/2))

執行後的結果為

結果除了最上面給出導數結果之外,在下面還以不同的形式給出了導數結果描述. 另外給出了二元函數的定義域與關於

在以上表達式後面加上where (x,y)=(1,1),即可得該點處的偏導數值. 即輸入

d/dx(a sin(x^3+y^2)-(x+y^(1/2))^(1/2)) where (x,y)=(1,1)

執行計算後得到導數值為

關於

d/dy(a sin(x^3+y^2)-(x+y^(1/2))^(1/2))

執行後的結果除了導數結果不同外,其餘顯示內容基本一致. 其中在

【注】  以上求導變量也可以指定

d/da(a sin(x^3+y^2)-(x+y^(1/2))^(1/2))

則計算結果為

2、一元、多元函數高階導數的計算

例1  計算以下函數的50階導數:

輸入表達式為

執行後的結果顯示為

例2  求以下函數關於

輸入表達式為

d^3/dx^3 d^2/dy^2 ((x^2+y^2)e^(x+y))

執行後顯示結果.  結果除了顯示偏導數外,還會顯示結果曲面圖、等值線圖,可能的其他表達形式以及方程的根分布情況,級數展開形式,不定積分及誒過與極小值點與極小值等信息,如下圖.

3、抽象複合函數的一階、高階導數計算

將上面具體函數求導的函數表達式換成抽象函數即可.

例1  計算下列函數的一階、二階導數:

輸入表達式為

d/dx (x^2)f(3x+4cosx), d^2/dx^2 (x^2)f(3x+4cosx)

執行後的結果為

由於除了

例2  計算以下函數的導數

輸入表達式為

d^2/dx^2 f(x y, x^2-y^2), d/dx d/dy f(x y, x^2-y^2)

執行後的結果為

4、全微分的計算

由於一元函數的微分就是導數乘以自變量微分

即完全可以直接歸結為導數的計算,下面僅僅介紹多元函數全微分的計算方法.

例  計算以下函數的全微分:

直接輸入表達式為

derivative of a sin(x^3+y^2)-(x+y^(1/2))^(1/2)

自動識別變量為

其中derivative可以替換為differential. 也可以直接基於Wolfram語言,也即Mathematica中的命令來執行計算,比如輸入表達式

Dt(a sin(x^3+y^2)-(x+y^(1/2))^(1/2))

則將表達式中的符號都識別為變量符號,執行計算得到全微分表達式. 如下圖.

只要令結果表達式中不是變量的符號,比如這裡a它的微分令為0,即

5、隱函數求一階、二階導數

例1 計算由以下方程確定的一元函數

參考輸入表達式為

derivative x^3+y^3-3a x y=0 with respect to x

執行後的結果顯示為

例2  計算由以下方程確定的函數

可以考慮如下參考步驟:

(1) 求一階導數

derivate y(x)=tan(x+y) with respect to x

執行後的結果顯示為

(2) 對一階導數求導數.

將上面的求導等式替換為計算得到的一階導函數,並將

derivate -csc^2(x + y(x)) with respect to x

將滑鼠指針移動到結果顯示區域,在右下角出現的選項按鈕中選項中點擊結果右下角的「Plain Text」,如下圖.

在彈出結果的文本輸入表達式列表中,單擊第一個,則將表達式複製到剪貼板中,然後在搜索編輯框中粘貼,用等式左邊的一階導數替換右邊的一階導數,然後將等號左邊的部分刪除,將

simplify 2 (-csc^2(x + y) + 1) cot(x + y) csc^2(x + y)

計算後得到二階導數結果如下

6、參數方程求一階、二階導數

參數方程求導的一階導數直接應用公式求兩個導數的比值即可,對於二階導數則可以參照以上隱函數求二階導數的思路,也可以直接使用求導公式計算.

例  計算以下參數方程確定的函數

由參數方程求一階、二階導數公式

利用公式計算一階導數,輸入表達式為

(d/dt e^t sint)/(d/dt e^t cost)

執行後的結果顯示為

除了得到一階導數結果外,當然還會顯示一階導函數很多各種相關的描述.

利用公式計算二階導數,輸入表達式為

((d^2/dt^2 e^t sint)(d/dt e^t cost)-(d/dt e^t sint)(d^2/dt^2 e^t cost))/(d/dt e^t cost)^3

執行後的結果顯示為

7、方向導數的計算

例1  計算以下函數指定方向的方向導數:

輸入表達式為

derivative of x e^(2y)+cos(x y) in the direction (3,-4)

執行後的結果顯示為

不僅給出了方向導數,也給出了函數的梯度向量.

例2  計算以下函數指定方向的方向導數:

輸入表達式為

derivative of f(x,y) in the direction (a,b)

執行後的結果顯示為

例3  計算以下函數指定方向和點處的方向導數:

輸入表達式為

derivative 3x^2+2y^2+z^2 in direction (-2,-2,1) at point (1,2,3)

執行後的結果顯示為

當然以上計算也可以直接依據求偏導數與方向導數計算公式,逐步計算代入得到結果.

相關焦點

  • 在線計算專題(03):具體、抽象函數、隱函數、參數方程求導與方向導數計算
    結果不僅顯示導數結果,也給出了函數在不同範圍內的圖形. 輸入表達式也可以直接以更自然的語言描述形式輸入,比如輸入:derivative of (x^3)cos(5x^2+e^(2x))-ln(3x^3-2x)執行計算得到的結果一致.
  • 在線計算專題(03):具體、抽象函數的導數、微分與方向導數的計算
    1、一元、多元函數一階導數與導數值的計算例1  計算以下函數的導數,並求在結果不僅顯示導數結果,也給出了函數在不同範圍內的圖形. 輸入表達式也可以直接以更自然的語言描述形式輸入,比如輸入:derivative of (x^3)cos(5x^2+e^(2x))-ln(3x^3-2x)執行計算得到的結果一致.
  • 談論隱函數和由參數方程所確定的函數導數及函數的微分和單側導數
    大家好,我專升本數學學霸,今天討論的內容是隱函數和由參數方程所確定的導數及函數的微分,那你知道函數和由參數方程所確定的導數及函數的微分,沒關係,學霸來幫你來啦!二、隱函數的導數先看看什麼是顯函數和隱函數:顯函數:等號的左端是因變量的符號,而右端是函有自變量的式子,當自變量取定義域內任一值是,由這式子能確定對應的函數值。
  • 第13講:《隱函數與參數方程的導數、相關變化率》內容小結、課件與...
    (等式)中.兩個變量之間的函數關係描述可以是顯函數y=f(x),可以是隱函數F(x,y)=0,也可以是參數方程或者極坐標方程.  有些由方程確定的隱函數可以解出y=f(x)或x=g(y)顯函數描述形式,有些則不能. 不管能不能顯式化,基於複合函數求導法則和對等式兩端同時關於同一變量求導數等式依然成立,可以求得y關於x的導數,或者x關於y的導數.
  • 隱函數求導的基本步驟與方法
    1、隱函數求導的基本原則    對於隱函數求導一般不贊成通過記憶公式的方式來求需要計算的導數,一般建議藉助於求導的四則運算法則與複合函數求導的運算法則,採取對等式兩邊同時關於同一變量的求導數的方式來求解。即用隱函數求導公式推導的方式求隱函數的導數。
  • 1分鐘帶你了解隱函數和參數方程去求導方法
    隱函數求導參數方程求導隱函數顧名思義,隱函數可以理解為隱藏的函數官方定義 如果方程F(x,y)=0能確定y是x的函數,那麼稱這種方式表示的函數是隱函數。而函數就是指:在某一變化過程中,兩個變量x、y,對於某一範圍內的x的每一個值,y都有確定的值和它對應,y就是x的函數。這種關係一般用y=f(x)即顯函數來表示。
  • 大學高數:隱函數的求導公式
    隱函數,即不是顯式的函數,自變量和因變量在同一個函數中。即F(x,y,z)=0。本篇文章主要內容為:一個方程所確定的隱函數及其導數;方程組所確定的隱函數及其導數。一個方程所確定的隱函數及其導數定理1:所得公式:對於二階導數:三個變量時:
  • 多元函數偏導數的計算與複雜應用
    ,也就是我們上面給出來的這種圖形,看清楚變量與變量之間額關係,先分部進行計算,然後再進行加總。(3)設函數u=u(x,y),v=v(x,y),在點(x,y)處均具有偏導數,而函數z=f(u,v)在相應的點(u,v)處也具有一階連續偏導數,則複合函數z=f[u(x,y),v(x,y)]在點(x,y)處的兩個偏導數均存在,且畫出的樹圖如下所示:
  • 第13講 典型例題與練習參考解答:隱函數與參數方程的導數、相關...
    本文對應推文內容為:  第13講 隱函數與參數方程的導數、相關變化率  例題與練習題  【注】  練習1:設 是由方程 確定的隱函數,求該曲線在 處的切線方程.  練習2:設 是由方程 確定的隱函數,求 .  練習3:求下列函數的導數 .
  • 2017考研數學:導數含義及計算解讀
    ▶導數定義相關計算   已知某點處導數存在,計算極限,這需要掌握導數的廣義化形式,還要注意是在這一點處導數存在的前提下,否則是不一定成立的。   ▶導數的計算   導數的計算可以說在每一年的考研數學中都會涉及到,而且形式不一,考查的方法也不同。要能很好的掌握不同類型題,首先就需要我們把基本的導數計算弄明白:   1、基本的求導公式。
  • 說說「隱函數與隱函數組求導」
    說說「隱函數與隱函數組求導」老韓昨天上午講到9-5節,隱函數的求導公式。
  • 你不了解的高數複合函數求導法,真該學習下
    (三)由參數方程確定的函數的求導法y=y(x)為方程F(x,y)=0在區間I上確定的隱函數。若它可導,則由F(x,y(x))=0及複合函數求導法則可求得y』或dy所滿足的方程,再解出y『或dy即可。將y』的表達式或y『滿足的方程再對x求導,由複合函數求導法可求得y「其實說白了對於隱函數的求導,只要會提取要求的公因式,計算細心的,一般問題不大。
  • 2019考研數學:難點計算之二元隱函數求極值
    大家知道,求二元函數極值的步驟:   1.找駐點;   2.分別求駐點處A,B,C;   3.求出極值。   但這類問題,第一步駐點就會遇到麻煩,涉及到二元隱函數方程求偏導,這裡我們一般有兩種方法。   一、直接對方程兩邊分別關於變量x,y求導,z看作x,y的函數;   二、隱函數存在定理,也即公式法計算一階偏導數。   為了後續計算方便,建議大家用第一種方法求導,同時令一階偏導數為0,可以直接找出駐點。
  • 探討「隱函數求導」的幾何意義
    隱函數是相對於顯函數y=f(x)而言的。y=f(x)中每一個x都有確定的y值與其對應,但隱函數不存在輸入一個x就存在輸出一個y,它是有x和y共同決定的一個等式決定的。,y),這才是隱函數的求導的本質,例如如果X Y正好落在圓上,當移動dx dy 時,dS(x,y)=0。
  • 盤點高數求導的明星考點!
    導數的計算可以說在每一年的考研數學中都會涉及到,而且形式不一,考查的方法也不同。要能很好的掌握不同類型題,首先就需要我們把基本的導數計算弄明白:  1)基本的求導公式。指數函數、對數函數、冪函數、三角函數和反三角函數這些基本的初等函數導數都是需要記住的,這也告訴我們在對函數變形到什麼形式的時候就可以直接代公式,也為後面學習不定積分和定積分打基礎。  2)求導法則。
  • WolframAlpha 操作指南 及 Wolfram Mathematica 基本繪圖語句
    Limit[(x-sinx)/x^3, x->0]多元函數極限Limit[Limit[(y^2-4) / (xy-2x), y->2], x->2]抽象函數極限lim (f(x+h)-f(x))/h as h->0極限表示正弦積分函數Si(x) limit representation
  • 2020考研數學:導數的這五個重點你要牢記!
    函數在一點處可導與可微是等價的,可以推出在這一點處是連續的,反過來則是不成立的,相信這一點大家都很清楚,而我要提醒大家的是可導推連續的逆否命題:函數在一點處不連續,則在一點處不可導。這也常常應用在做題中。   第四,導數的計算。導數的計算可以說在每一年的考研數學中都會涉及到,而且形式不一,考查的方法也不同。
  • 2017考研數學導數的幾大難點和重點:導數的應用和注意點
    第二,導數定義相關計算。這裡有幾種題型:1)已知某點處導數存在,計算極限,這需要掌握導數的廣義化形式,還要注意是在這一點處導數存在的前提下,否則是不一定成立的。  第三,導數、可微與連續的關係。函數在一點處可導與可微是等價的,可以推出在這一點處是連續的,反過來則是不成立的,相信這一點大家都很清楚,而我要提醒大家的是可導推連續的逆否命題:函數在一點處不連續,則在一點處不可導。這也常常應用在做題中。  第四,導數的計算。導數的計算可以說在每一年的考研數學中都會涉及到,而且形式不一,考查的方法也不同。
  • 借力打力求導數,如果一個函數不好求導,不妨先求它反函數的導數
    在對冪函數y=x^μ求導時,我們用到了以自然常數e為底數的對數函數y=ln x的求導結果(ln x)'=1/x。那麼,它的求導過程是怎麼樣的呢?我們一起來了解一下。對數函數y=log(a)x直接求導是很難實現的,因為[log(a)(x+h)-log(a)x]沒法繼續合併或分解。但前文中,我們已經求得了指數函數y=a^x的導數,(a^x)'=a^x*ln a。
  • 形象直觀的多元函數求導的本質原理
    方程F(x,y)=0能確定y是x的函數,那麼稱這種方式表示的函數是隱函數,而隱函數求導(多元函數)是微積分中的一個重要概念,但它表現出來的實際意義鮮為人知,本篇就來單獨討論下隱函數求導的幾何意義,看看它到底在闡述一個什麼樣的概念。