Implicit derivata av $$$x^{2} y^{2} = 2 x + e^{y}$$$ med avseende på $$$x$$$

Kalkylatorn kommer att beräkna första och andra derivatan av den implicita funktionen $$$x^{2} y^{2} = 2 x + e^{y}$$$ med avseende på $$$x$$$, med visade steg.
$$$($$$
,
$$$)$$$
Lämna tomt om du inte behöver derivatan i en specifik punkt.

Om räknaren inte beräknade något, om du har identifierat ett fel eller om du har ett förslag/feedback, vänligen kontakta oss.

Din inmatning

Bestäm $$$\frac{d}{dx} \left(x^{2} y^{2} = 2 x + e^{y}\right)$$$.

Lösning

Derivera ekvationens båda sidor var för sig (betrakta $$$y$$$ som en funktion av $$$x$$$): $$$\frac{d}{dx} \left(x^{2} y^{2}{\left(x \right)}\right) = \frac{d}{dx} \left(2 x + e^{y{\left(x \right)}}\right)$$$.

Derivera ekvationens vänsterled.

Tillämpa produktregeln $$$\frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)} g{\left(x \right)}\right) = \frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)}\right) g{\left(x \right)} + f{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)$$$ med $$$f{\left(x \right)} = x^{2}$$$ och $$$g{\left(x \right)} = y^{2}{\left(x \right)}$$$:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x^{2} y^{2}{\left(x \right)}\right)\right)} = {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x^{2}\right) y^{2}{\left(x \right)} + x^{2} \frac{d}{dx} \left(y^{2}{\left(x \right)}\right)\right)}$$

Funktionen $$$y^{2}{\left(x \right)}$$$ är sammansättningen $$$f{\left(g{\left(x \right)} \right)}$$$ av två funktioner $$$f{\left(u \right)} = u^{2}$$$ och $$$g{\left(x \right)} = y{\left(x \right)}$$$.

Tillämpa kedjeregeln $$$\frac{d}{dx} \left(f{\left(g{\left(x \right)} \right)}\right) = \frac{d}{du} \left(f{\left(u \right)}\right) \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)$$$:

$$x^{2} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(y^{2}{\left(x \right)}\right)\right)} + y^{2}{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(x^{2}\right) = x^{2} {\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(u^{2}\right) \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right)\right)} + y^{2}{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(x^{2}\right)$$

Tillämpa potensregeln $$$\frac{d}{du} \left(u^{n}\right) = n u^{n - 1}$$$ med $$$n = 2$$$:

$$x^{2} {\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(u^{2}\right)\right)} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + y^{2}{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(x^{2}\right) = x^{2} {\color{red}\left(2 u\right)} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + y^{2}{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(x^{2}\right)$$

Återgå till den ursprungliga variabeln:

$$2 x^{2} {\color{red}\left(u\right)} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + y^{2}{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(x^{2}\right) = 2 x^{2} {\color{red}\left(y{\left(x \right)}\right)} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + y^{2}{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(x^{2}\right)$$

Tillämpa potensregeln $$$\frac{d}{dx} \left(x^{n}\right) = n x^{n - 1}$$$ med $$$n = 2$$$:

$$2 x^{2} y{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + y^{2}{\left(x \right)} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x^{2}\right)\right)} = 2 x^{2} y{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + y^{2}{\left(x \right)} {\color{red}\left(2 x\right)}$$

Förenkla:

$$2 x^{2} y{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + 2 x y^{2}{\left(x \right)} = 2 x \left(x \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + y{\left(x \right)}\right) y{\left(x \right)}$$

Alltså, $$$\frac{d}{dx} \left(x^{2} y^{2}{\left(x \right)}\right) = 2 x \left(x \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + y{\left(x \right)}\right) y{\left(x \right)}$$$.

Derivera ekvationens högerled.

Derivatan av en summa/differens är summan/differensen av derivatorna:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(2 x + e^{y{\left(x \right)}}\right)\right)} = {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(2 x\right) + \frac{d}{dx} \left(e^{y{\left(x \right)}}\right)\right)}$$

Funktionen $$$e^{y{\left(x \right)}}$$$ är sammansättningen $$$f{\left(g{\left(x \right)} \right)}$$$ av två funktioner $$$f{\left(u \right)} = e^{u}$$$ och $$$g{\left(x \right)} = y{\left(x \right)}$$$.

Tillämpa kedjeregeln $$$\frac{d}{dx} \left(f{\left(g{\left(x \right)} \right)}\right) = \frac{d}{du} \left(f{\left(u \right)}\right) \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)$$$:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(e^{y{\left(x \right)}}\right)\right)} + \frac{d}{dx} \left(2 x\right) = {\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(e^{u}\right) \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right)\right)} + \frac{d}{dx} \left(2 x\right)$$

Derivatan av exponentialfunktionen är $$$\frac{d}{du} \left(e^{u}\right) = e^{u}$$$:

$${\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(e^{u}\right)\right)} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + \frac{d}{dx} \left(2 x\right) = {\color{red}\left(e^{u}\right)} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + \frac{d}{dx} \left(2 x\right)$$

Återgå till den ursprungliga variabeln:

$$e^{{\color{red}\left(u\right)}} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + \frac{d}{dx} \left(2 x\right) = e^{{\color{red}\left(y{\left(x \right)}\right)}} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + \frac{d}{dx} \left(2 x\right)$$

Tillämpa konstantfaktorregeln $$$\frac{d}{dx} \left(c f{\left(x \right)}\right) = c \frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)}\right)$$$ med $$$c = 2$$$ och $$$f{\left(x \right)} = x$$$:

$$e^{y{\left(x \right)}} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(2 x\right)\right)} = e^{y{\left(x \right)}} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + {\color{red}\left(2 \frac{d}{dx} \left(x\right)\right)}$$

Tillämpa potensregeln $$$\frac{d}{dx} \left(x^{n}\right) = n x^{n - 1}$$$ med $$$n = 1$$$, det vill säga $$$\frac{d}{dx} \left(x\right) = 1$$$:

$$e^{y{\left(x \right)}} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + 2 {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right)\right)} = e^{y{\left(x \right)}} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + 2 {\color{red}\left(1\right)}$$

Alltså, $$$\frac{d}{dx} \left(2 x + e^{y{\left(x \right)}}\right) = e^{y{\left(x \right)}} \frac{d}{dx} \left(y{\left(x \right)}\right) + 2$$$.

Därför har vi erhållit följande linjära ekvation med avseende på derivatan: $$$2 x y \left(x \frac{dy}{dx} + y\right) = e^{y} \frac{dy}{dx} + 2$$$.

Genom att lösa den får vi att $$$\frac{dy}{dx} = \frac{- 2 x y^{2} + 2}{2 x^{2} y - e^{y}}$$$.

Svar

$$$\frac{dy}{dx} = \frac{- 2 x y^{2} + 2}{2 x^{2} y - e^{y}}$$$A


Please try a new game Rotatly