电脑软件辅助求解数学问题:由函数方程组求隐函数导数问题

还在大学读书的小伙伴们,和已经毕业的小伙伴们,还记不记得高数里最让我们头痛之一的问题:由一组函数组求解某个指定的隐函数导数问题?实际上,所有的高数问题,甚至复杂的数学物理方程,复变函数,线性代数,矢量计算,等问题都可以借用电脑软件来计算一下,以验证我们计算的结果是否正确。(不知道我今天写的这个头条是否会有人愿意看,试探性的给个例子)。

例:设函数u=u(x)由方程组(如图1)定义:

图1:三个函数方程。

试求du/dx=?

这是一道由多个函数方程组确定的隐函数求导问题。我们先借助数学计算软件来求解。

第一步,输入三个函数,如图2所示:

图2:输入三个函数表达式。

第二步,输入隐函数求导命令,如图3所示:

图3:直接得出计算出来du/dx了,结果用的是微分算子表示的。

第三步,为了直观表示,转换为偏微分表示方式,如图4所示:

图4:最终计算结果:du/dx。

为了验证电脑计算的是否正确,下面,我用手验算一遍,用于核实该软件计算结果。

图5:为了方便观看,重新把函数方程组粘贴在此。

首先,对方程1两边对x求导,得到方程(4)。如图6所示:

图6:对方程1两边对x求导。

然后,要试图求出方程(4)中的dy/dx, 和dz/dx,再带入方程(4),即可得到正确的答案du/dx。

为此,要利用方程(2)和方程(3)来求解dy/dx, 和dz/dx。这里,把x看成自变量,把y和z分别看成x的因变量。

因此,把x当成自变量,对方程(2)两边求偏导,得到方程(5),如图7所示:

图7:对方程(2)两边对x求导。

再来一次!把x当成自变量,对方程(3)两边求偏导,得到方程(6),如图8所示:

图8:

把方程(5)和方程(6)稍微变形并组合成一个方程组,如图9所示:

图9:

解这个方程组(7),可求出dy/dx, 和 dz/dx,如图10所示:

图10

把图10中得到的方程(8)和方程(9),回代入方程(4)中,可得:

图11.

图4:

仔细对比用手验算的图11和用电脑计算的图4,可发现,两者是一致的。

最后粘出电脑计算的全图,和动手验算的全图截面:

感兴趣的朋友们,可以留言,也可以关注我。谢谢!

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