مشتق ضمنی

آخرین ویرایش: 19 آبان 1403
دسته‌بندی: مشتق در ریاضی
امتیاز:

مقدمه

 تابع با ضابطه y=x3+x+1 را در نظر می‌گیریم که این معادله، ضابطه f را به طور صریح تعریف می‌کند و y مستقیما بر حسب x نوشته شده است.

اگر معادله y5+3y2−2x2+4=0 را در نظر بگیریم:

نمی‌توانیم y را بر حسب x حل کنیم با این که ممکن است چند تابع f به‌صورت y=fx وجود داشته باشد که این معادله را برقرار کند.

معادله fx5+3fx2−2x2+4=0 برای تمام مقادیر x واقع در دامنه f برقرار باشد، معادله تابع f را به طور ضمنی تعریف می‌کند.

این معادله به همین صورت یک تابع نخواهد بود بلکه رابطه است.

هر معادله ضمنی را می‌توان به صورت fx,y=0 نشان داد.

تمرین

مشتق رابطه زیر را بدست می‌آوریم:

y4+x2+1=0

با کمی دقت مشاهده می‌کنیم که رابطه فوق هیچ تابعی را مشخص نمی‌کند، زیرا در y4=−x2−1 طرف اول نامنفی و طرف دوم منفی است و هیچ نقطه ای وجود ندارد که مختصات آن در این رابطه صدق کند لذا مشتق نیز وجود ندارد.  

تمرین

رابطه ضمنی y2=x2 را در نظر بگیرید:

چند تابع پیوسته با دامنه R می‌توان پیدا کرد که در رابطه ضمنی فوق صدق کنند؟

y2=x2⇒y=x⇒y=xy=−xy=xy=−x


رابطه فوق، مشخص کننده چهار تابع پیوسته می‌باشد.

نمودار آنها را رسم کنید.

مشتق ضمنی - پیمان گردلو

چند تابع مشتق پذیر در این رابطه صدق می‌کند؟

از این چهار تابع فقط توابع y=x و y=-x همواره مشتق پذیر هستند و توابع y=x و y=-x در در صفر مشتق پذیر نیستند.

 مشتق تابع ضمنی

اگر fx,y=0 باشد، مشتق y نسبت به x و یا مشتق x نسبت به y از روابط زیر به‌دست می‌آید:

yx'=−fx'fy'

xy'=−fy'fx'

  • fx' مشتق جملات نسبت به x است. در این فرمول می‌خواهیم از تابع ضمنی نسبت به x مشتق بگیریم پس y را ثابت فرض می‌کنیم. 
  • fy' مشتق جملات نسبت به y است. در این فرمول می‌خواهیم از تابع ضمنی نسبت به y مشتق بگیریم پس x را ثابت فرض می‌کنیم.

تمرین

مشتق ضمنی روابط زیر را به‌دست آورید.

xy=1

از طرفین مشتق می‌گیریم:


xy'=1'


⇒y'=−yx


⇒y'=− 1xx=−1x2


توجه:

xy=1⇒y=1x

x2+y2=9

از طرفین مشتق می‌گیریم:

x2+y2'=9'


⇒x2'+y2'=0


⇒2x+2y1y'=0


⇒y'=−xy

x3y5+3x=8y3+1

از طرفین مشتق می‌گیریم:

3x2y5+5x3y4y'+3=24y2y'


⇒3x2y5+3=24y2y'−5x3y4y'

⇒3x2y5+3=(24y2−5x3y4)y'


⇒y'=3x2y5+324y2−5x3y4

e2x+3y=x2−ln⁡(xy3)

از طرفین مشتق می‌گیریم:


e2x+3y(2+3y')=2x−y3+3xy2y'xy3

⇒2e2x+3y+3y'e2x+3y=2x−y3xy3−3xy2y'xy3


⇒2e2x+3y+3y'e2x+3y=2x−1x−3y'y


⇒(3e2x+3y+3y−1)y'=2x−x−1−2e2x+3y


⇒y'=2x−x−1−2e2x+3y3e2x+3y+3y−1

تمرین

ثابت کنید:

if  y=xn⇒y'=nxn-1

y=xn


⇒ln⁡y=ln⁡xn⇒ln⁡y=nln⁡x


از طرفین مشتق می‌گیریم:

⇒y'y=n1x


⇒y'=ynx ; y=xn


⇒y'=xn(nx)


⇒y'=nxn−1

if y=f(x)g(x)⇒y'=g(x)f'(x)+f(x)g'(x)

y=f(x)g(x)


⇒ln⁡(y)=ln⁡(f(x)g(x))


⇒ln⁡(y)=ln⁡f(x)+ln⁡g(x)


از طرفین مشتق می‌گیریم:

⇒y'y=f'(x)f(x)+g'(x)g(x)


⇒y'=y(f'(x)f(x)+g'(x)g(x)) ; y=f(x)g(x)


⇒y'=f(x)g(x)(f'(x)f(x)+g'(x)g(x))


⇒y'=g(x)f'(x)+f(x)g'(x)

if y=f(x)g(x)⇒y'=f'(x)g(x)−f(x)g'(x)(g(x))2

y=f(x)g(x)


⇒ln⁡y=ln⁡(f(x)g(x))


⇒ln⁡y=ln⁡f(x)−ln⁡g(x)


از طرفین مشتق می‌گیریم:

⇒y'y=f'(x)f(x)−g'(x)g(x)


⇒y'=y(f'(x)f(x)−g'(x)g(x)) ; y=fxgx


⇒y'=f(x)g(x)(f'(x)f(x)−g'(x)g(x))


⇒y'=f'(x)g(x)−g'(x)f(x)(g(x))2


⇒y'=f'(x)g(x)(g(x))2−f(x)g'(x)(g(x))2


⇒y'=f'(x)g(x)−f(x)g'(x)(g(x))2

تمرین

نامساوی زیر را ثابت کنید.

eπ>πe

if   y=x 1x⇒lny=lnx 1x⇒lny=1x.lnx

⇒ddxlny=ddx1x.lnx⇒1y.dydx=−1x2.lnx+1x.1x

⇒y1y.dydx=y−1x2.lnx+1x.1x    ;    y=x1x

⇒dydx=x 1x1x2−lnxx2⇒dydx=x 1x.1x21−lnx    ;    dydx=0

⇒x 1x.1x21−lnx=0⇒x 1x.1x2≠01−lnx=0⇒lnx=1⇒x=e


x=e طول نقطه بحرانی (طول نقطه ماکزیمم) است.


y=e1e عرض نقطه ماکزیمم است.



e1e>π1π⇒e1eeπ>π1πeπeπ>πe

تمرین

اگر داشته باشیم:

fx=x+12x+  12x+  12x+  1⋮

آن‌گاه عبارت زیر را بیابید.

f99×f'99

fx=x+1gx⇒1fx−x=gxx+fx=gx

1fx−x=x+fx⇒f2x−x2=1⇒f2x=x2+1


از طرفین تساوی فوق نسبت به x مشتق می‌گیریم:

2fxf'x=2x⇒fxf'x=x    ;    x=99⇒f99f'99=99

دریافت مثال

تست‌های این مبحث

تست شماره 1

المپیاد ریاضی

کدام گزینه در مورد دو عبارت زیر صحیح است؟ 

3.14ππ3.14

  1. 3.14π>π3.14
  2. 3.14π=π3.14
  3. π3.14>3.14π
  4. 3.14π=π3.14+101
مشاهده پاسخ تست بستن

خرید پاسخ‌ها

مشتق ضمنی

12,000تومان
خرید فایل PDF مثال ها و جواب ها

برای ارسال نظر وارد سایت شوید