链式法则(三种情形)→ 二阶偏导( 仍复合)→ 全微分形式不变性 → 隐函数求导 → 欧拉定理


Why 重新学链式法则?

上学期 的复合链式法则很简单。但多元世界中:

  • ,, → 如何求 ?
  • → 是抽象函数(没给具体表达式),怎么求偏导?

🧠 答案是一致的:画变量依赖图 → 每条路径积求和。每一种情况有一个公式。


抽象函数的记号约定 ⭐

记号含义对应
或 对第一个位置变量的偏导如 对第一个参数 求导
或 对第二个位置变量的偏导如 对第二个参数 求导
对第一个变量求导两次
先一后二
对第二个变量求导两次

📌 本身仍是关于 的函数,所以 ,保持与原来 相同的复合结构。


§8.5.1 链式法则 — 三种情形

情形一:多元与一元复合(全导数)

,, → 最终只依赖

变量依赖图:(两条路径)

📌 称为全导数(区别于偏导数)。

推论 1:多于两个中间变量 → 加项即可。

例如 ,:

推论 2: 既是自变量又是中间变量。

, →

推论 3: → (习题册第五题常见)


例 1:,,,求 。

验算:, ✓

例 2(抽象函数):, 可微,求 。

设 :


情形二:多元与多元复合

,, → 最终依赖

变量依赖图:(每个自变量对应两条路径)

🧠 记忆法:对哪个变量求偏导,就看依赖图上从该变量出发经过每条路径的积之和。

推论: 同时是自变量和中间变量。

,:


例 3:, 可微,求 。

设 :

例 4:, 可微,求偏导。


情形三:一元与多元复合

, → 依赖

📌 这是最简单的链式:外层一元函数 的导数乘以内部的偏导。

例 5:,求偏导。

,


§8.5.2 复合函数的高阶偏导数 ⭐

核心难点: 仍然复合!

🚨 求二阶偏导时最大的坑: 本身仍然是 的复合函数,求导时必须再次使用链式法则!

回顾一元:,

注意 仍然是 的复合函数 → 再次链式求导。

二元的类比完全相同。


例 6(考试重点):,求 ( 二阶连续偏导)

第一步:一阶偏导

第二步:对 再求偏导。⚠️ 和 的复合结构仍为 和 !

对 部分(乘法):

而

对 部分:

汇总(利用 连续条件):


例 7:,求

继续求二阶(过程从略,思路完全类比例6),注意乘积法则 + 仍然复合。


§8.5.3 全微分形式不变性

核心结论

无论 是自变量还是中间变量,全微分的形式永远不变:

验证:若 ,则

重组:

📌 应用:从外到内逐层微分,不区分自变量和中间变量,结构更简洁。


应用:隐函数求导

例 8: 确定 ,求 。

法一(链式法则):方程两边对 求偏导( 视为常数, 是 的函数):

同理 。

法二(全微分形式不变性):

⇒ ,直接读出 。


四、考研题型示例

题 1(已知偏导值求全导数)

在 可微,且 。令 ,求 。

解:

代入 :


题 2(欧拉定理 — 次齐次函数)

若 ,则:

证:两边对 求导,再令 。


核心公式速查

情形公式
全导数
多元→多元
同时中间变量
一元→多元
全微分不变性( 无论什么身份)
隐函数
仍复合!求二阶时必须再次链式: