
若 $F(x_0,y_0)=0$,$F$ 在 $(x_0,y_0)$ 邻域有连续偏导,且 $F_y(x_0,y_0)\neq 0$,则在 $(x_0,y_0)$ 附近唯一确定 $y=y(x)$,且
$$\frac{\dd y}{\dd x} = -\frac{F_x}{F_y}$$方法一(推荐):对方程 $F=0$ 两边对 $x$ 求偏导得 $F_x+F_z z_x=0$,再对 $x$ 求偏导(注意 $F_x,F_z,z_x$ 都是 $x,y,z$ 的函数):
$$F_{xx}+2F_{xz}z_x+F_{zz}z_x^2+F_z z_{xx}=0 \;\Rightarrow\; z_{xx}=-\frac{F_{xx}+2F_{xz}z_x+F_{zz}z_x^2}{F_z}$$方法二:先用公式法算出 $z_x=-\frac{F_x}{F_z}$,然后对这个分式求偏导(商的求导法则,注意 $z$ 也是变量)。
方法一更不容易出错,推荐在考试中使用。

$\begin{cases}F(x,y,u,v) = 0 \\ G(x,y,u,v) = 0\end{cases}$ 确定 $u=u(x,y)$,$v=v(x,y)$
Jacobi行列式:$J = \dfrac{\pp(F,G)}{\pp(u,v)} = \begin{vmatrix}F_u & F_v \\ G_u & G_v\end{vmatrix} \neq 0$
求 $u_x, v_x$:对两个方程关于 $x$ 求偏导:
$$\begin{cases}F_x + F_u u_x + F_v v_x = 0 \\ G_x + G_u u_x + G_v v_x = 0\end{cases}$$解这个关于 $u_x, v_x$ 的二元一次方程组。
第一个方程直接给出 $u$,不涉及隐函数。但如果 $f$ 中包含 $z$,而 $z$ 由第二个方程隐含确定,则需要用链式法则 + 隐函数求导的组合。
令 $F=xe^z+ye^x$。
$F_x=e^z+ye^x$,$F_y=e^x$,$F_z=xe^z$。
在 $(0,0,0)$:$F_x=1$,$F_y=1$,$F_z=0$。但 $F_z=0$!隐函数定理条件不满足?
此时用方程两边求偏导法:对 $xe^z+ye^x=0$ 两边对 $x$ 求偏导:
$$e^z+xe^z z_x+ye^x=0 \quad\Rightarrow\quad z_x=\frac{-(e^z+ye^x)}{xe^z}$$$(0,0)$ 处分母$=0$,需要用L'Hôpital或更细致的分析。
实际上用定义法:$z_x(0,0)=\lim_{h\to 0}\frac{z(h,0)-z(0,0)}{h}$。由 $he^{z(h,0)}=0$ 得 $z(h,0)$ 任意...需要重新审题。
考试策略:遇到 $F_z=0$ 的情况,换用"方程两边求偏导"而不是直接套公式。
$F=x^2+y^2+z^2-4z$。$F_y=2y$,$F_z=2z-4$。
$$z_y=-\frac{F_y}{F_z}=-\frac{2y}{2z-4}=\frac{y}{2-z}$$再对 $y$ 求偏导:
$$z_{yy}=\frac{(2-z)\cdot 1-y\cdot(-z_y)}{(2-z)^2}=\frac{(2-z)+y\cdot\frac{y}{2-z}}{(2-z)^2}=\frac{(2-z)^2+y^2}{(2-z)^3}$$注意:求 $z_{yy}$ 时,$z_y$ 中的 $z$ 仍然是 $y$ 的函数,不能当常数!必须对 $z$ 也用链式法则。
先确定 $z(0,0)$:$z^5+0+0=1$,$z=1$。
$F=z^5-xz^4+yz^3-1$。$F_x=-z^4$,$F_y=z^3$,$F_z=5z^4-4xz^3+3yz^2$。
在 $(0,0,1)$:$F_x=-1$,$F_y=1$,$F_z=5$。
$$z_x=-\frac{F_x}{F_z}=\frac{1}{5},\quad z_y=-\frac{F_y}{F_z}=-\frac{1}{5}$$求 $z_{xy}$:对 $5z^4z_x-z^4-4xz^3z_x+3yz^2z_x=0$(这是对 $F_x+F_zz_x=0$ 的展开)两边对 $y$ 求偏导...
最终 $z_{xy}(0,0)=-\frac{3}{25}$。
令 $u=x+y$,$v=xz$。$z=f(u,v)$。
$z_x=f_u\cdot 1+f_v\cdot(z+xz_x)=f_u+f_v z+xf_v z_x$
$z_y=f_u\cdot 1+f_v\cdot xz_y=f_u+xf_v z_y$
$z_x-z_y=f_v z+xf_v z_x-xf_v z_y=f_v z+xf_v(z_x-z_y)$
$(1-xf_v)(z_x-z_y)=f_v z$... 具体结论取决于题目条件。
技巧:这种"$z$ 既在左边又在右边"的题,需要把 $z_x$ 的表达式中含 $z_x$ 的项移到一边解出。
$F=9-x^2-2yz$($t=3$ 固定)。$F_x=-2x$,$F_y=-2z$,$F_z=-2y$。
在 $(3,1,0)$:$F_x=-6$,$F_y=0$,$F_z=-2$。
$z_x=-\frac{F_x}{F_z}=-\frac{-6}{-2}=-3$。$z_y=-\frac{F_y}{F_z}=0$。
求 $z_{xy}$:对 $-2x+(-2y)z_x=0$(即 $F_x+F_zz_x=0$ 展开)对 $y$ 求偏导:$-2z_x-2yz_{xy}=0$。
在 $(3,1,0)$:$-2(-3)-2(1)z_{xy}=0$,$z_{xy}=3$。
隐函数二阶偏导:对一阶等式再求一次偏导,别忘了 $z$ 是 $x,y$ 的函数!
$u$ 是 $x,y$ 的函数($z$ 由约束确定),链式法则+隐函数结合:
$$u_x=f_x+f_z\cdot z_x=f_1+f_3\cdot\left(-\frac{F_x}{F_z}\right)=f_1+f_3\cdot\left(-\frac{2x}{2z}\right)=f_1-\frac{x}{z}f_3$$代入 $(1,1)$:$u_x=f_1(1,1,z_0)-\frac{1}{z_0}f_3(1,1,z_0)$。答案 $-\frac{7}{3}$。
链式法则+隐函数组合:$z$ 不是自变量而是由约束确定的中间变量!$u_x$ 必须通过 $z_x$ 传递。