ФОРМУЛИРОВКА ТЕОРЕМЫ О СУЩЕСТВОВАНИИ, НЕПРЕРЫВНОСТИ И ДИФФЕРЕНЦИРУЕМОСТИ ФУНКЦИИ ОПРЕДЕЛЯЕМОЙ УРАВНЕНИЕМ . ФОРМУЛИРОВКА ТЕОРЕМЫ О НЕЯВНЫХ ФУНКЦИЯХ, ОПРЕДЕЛЯЕМЫХ СИСТЕМОЙ УРАВНЕНИЙ
РАЗДЕЛ 7. НЕЯВНАЯ ФУНКЦИЯ И ПРИЛОЖЕНИЯ
· Излагается теория неявных функций
· Рассматриваются задачи теории неявных функций, условного экстремума
НЕЯВНАЯ ФУНКЦИЯ. ТЕОРЕМА О СУЩЕСТВОВАНИИ, НЕПРЕРЫВНОСТИ И ДИФФЕРЕНЦИРУЕМОСТИ ФУНКЦИИ , ОПРЕДЕЛЯЕМОЙ УРАВНЕНИЕМ
Термин «неявная функция» относится к способу задания функциональной зависимости между и
и означает, что вместо явной формулы
эта зависимость представлена уравнением
.
Следует отметить, что уравнение не всегда определяет функцию
. Например, уравнение
функцию
не определяет.
Кроме того, уравнение не всегда позволяет однозначно выразить
через
. Например, уравнение
, задающее окружность на плоскости, определяет при
две непрерывные функции
и
.
В этом примере можно например дополнительно потребовать чтобы выполнялось неравенство . Тогда мы получим только
.
В общей ситуации условия, при которых существует единственная функция , задаваемая уравнением
дает следующая теорема.
Теорема. Пусть определена и непрерывна вместе с частными производными
и
в окрестности U точки
такой, что
и
. Тогда существуют числа
и
такие, что на множестве
уравнение
равносильно уравнению
где
непрерывная и дифференцируемая на
функция, и
.
Замечание.Равносильность и
означает, что уравнение
однозначно определяет в рассматриваемой области дифференцируемую функцию
такую, что
, вообще,
при
.
Теорема.Пусть функция непрерывна и имеет все непрерывные частные производные в окрестности точки
такой, что
, причем
. Тогда существуют числа
такие, что в области
,
,
уравнение
равносильно уравнению
, причем функция
непрерывна и имеет непрерывные частные производные, причем
.
ФОРМУЛИРОВКА ТЕОРЕМЫ О СУЩЕСТВОВАНИИ, НЕПРЕРЫВНОСТИ И ДИФФЕРЕНЦИРУЕМОСТИ ФУНКЦИИ ОПРЕДЕЛЯЕМОЙ УРАВНЕНИЕМ . ФОРМУЛИРОВКА ТЕОРЕМЫ О НЕЯВНЫХ ФУНКЦИЯХ, ОПРЕДЕЛЯЕМЫХ СИСТЕМОЙ УРАВНЕНИЙ
Теорема.Пусть функция непрерывна и имеет все непрерывные частные производные в окрестности точки
такой, что
, причем
. Тогда существуют числа
такие, что в области
,
,
уравнение
равносильно уравнению
, причем функция
непрерывна и имеет непрерывные частные производные, причем
.
Рассмотрим систему уравнений
Эта система задаёт совокупность неявных функций. Рассмотрим частный случай такой системы.
Теорема.Пусть ,
где функции ,
,
непрерывны и имеют непрерывные производные в некоторой области
(точки
). Пусть матрица Якоби
имеет в этой области ранг 2. Тогда, если, например, минор
, то в области
систему можно преобразовать к уравнению
,
,
где есть непрерывно дифференцируемая функция от
в области
и
,
,
Замечание.Уравнения системы определяют в некоторую поверхность
и называются параметрическими уравнениямиэтой поверхности. Теорема утверждает, что поверхность
есть график функции
. Обозначают
,
и уравнения принимают вид
.
Если зафиксировать , то
– уравнение координатной линии на
(аналогично,
при фиксированном
также представляет собой уравнение координатной линии на
). Векторы
и
– касательные векторы к координатным линиям. Если взять точку поверхности, соответствующую параметрам
и рассмотреть касательную плоскость в этой точке, то векторы
и
лежат в этой плоскости. Если ранг матрицы
равен 2, это означает, что
и
не параллельны и их векторное произведение представляет собой нормальный вектор к касательной плоскости и
,
где буквы ,
,
обозначают соответствующие определители. В этих обозначениях формулы принимают вид
,
,
а единичный вектор нормали , получаемый при делении вектора на его модуль
, равен
Преобразуем выражение . По определению векторного произведения,
, где
– угол между
и
. Тогда
,
где ,
,
.