萬變不離其宗——隱函數求導和洛必塔法則

2021-01-08 決策不拍頭

這是《機器學習中的數學基礎》的第13篇,也是微積分的第6篇。

今天我們來看幾招求導的妙用,讓你不知不覺中掌握微分的高級功法。

隱函數求導話不多說,我們先來看隱函數如何求導。那什麼是隱函數呢?比如x+y=1,它沒有用y=f(x)的顯式表達,因此就把它叫做隱函數。我們先把它的圖像畫出來:

如上圖,我們畫了一個單位圓,現在我們想求點A(a,b)處的導數,該怎麼辦呢?有人說,我們可以把x+y=1寫成y=f(x)的形式,再進行求導呀。沒錯,但這樣做很麻煩,因為要進行很多轉化。那有沒有更簡潔的方法呢?

有的,就是對等式兩邊同時求導。我們即可得到:2xdx+2ydy=0.然後,我們化簡成導數的形式,也就是dy/dx=-x/y (1)。這就是我們要求的結果,也就是說,某一點A(a,b)的導數,就等於把該點的坐標(a,b)代入到(1)式,即可求得。

你看,是不是很方便呢?

洛必塔法則接下來我們來看洛必塔法則。這個法則是幹嘛的呢?它是用來求函數在某點處的極限的。比如,我們要求函數y=x在x=0處的極限,直接把x=0代入到函數中,得到的值是0,這就是所求的極限。

但有時候,比如我們求y=sinx/x在x=0處的極限,把x=0代入後,發現分子分母都為0,沒有意義;還有一種情況是求y=xlnx在x=0處的極限,把x=0代入後,是0·∞的形式,也不能直接代入求解。那這兩種情況該怎麼辦呢?

先看第一種0/0式的情況,我們可以直接對函數y=sinx/x的分子分母分別求導,因為sinx和x這兩個函數在x=0處的導數與x=0處的極限的含義是相同的。因此,求導後可以得到cosx/1=cosx。然後把x=0代入,得到1。所以y=sinx/x在x=0處的極限就是1。

再來看第二種情況,y=xlnx可以寫成lnx/x^-1.把x=0代入,發現分子分母都是∞,因此它可以轉化成∞/∞的形式。這種情況下,我們還是對分子分母分別求導,可以得到:

再把x=0代入上式,得到結果為0,所以y=xlnx在x=0處的極限就是0。

這就是今天的全部內容,歡迎留言討論。

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