Citat:
Ursprungligen postat av Realizt
Antag att man har en funktion y=f(x,z) som man vill invertera till x=g(y,z). Nu är algebran i uttrycket sådan att det inte går att lösa ut x.
Jag undrar om man inte kan passa in ett polynom som beter sig ungefär som x=g(y,z) skulle göra i ett visst intervall för x, y och z? Jag skulle behöva en fingervisning om hur man kan angripa det här
Vi inför funktionen h(x,y,z) = y - f(x,z)
Vi ser att y = f <=> nivåytan h = 0
Låt oss betrakta en punkt (x,y,z) = (a,b,c) som är sådan att f(a,c) = b. Denna punkt ligger därmed på nivåkurvan h = 0
Implicita funktionssatsen säger nu att om (dh/dx)(a,b,c) är skilt från noll så är detta ett tillräckligt villkor för att man lokalt kring (a,b,c) ska kunna uppfatta sambandet h(x,y,z) = 0 som en funktionsyta x = g(y,z)
Om nu grad h(a,b,c) är skild från nollvektorn så är grad h(a,b,c) normal till nivåytan h(x,y,z) = 0 i punkten (a,b,c). Denna nivåyta kan ju i närheten av (a,b,c) skrivas som en funktionsyta x = g(y,z). I punkten (a,b,c) har denna yta tangentplanet:
x = g(b,c) + (dg/dy)(b,c)*(y - b) + (dg/dz)(b,c)*(z - c)
Vi vet att g(b,c) = a. Och av implicita funktionssatsen erhåller vi nu att i en omgivning av punkten (a,b,c) gäller:
-(dg/dy)(y,z) = (dh/dy)(x,y,z)/(dh/dx)(x,y,z)
-(dg/dz)(y,z) = (dh/dz)(x,y,z)/(dh/dx)(x,y,z)
Därmed har vi det som behövs för att kunna approximera funktionen x = g(y,z) nära punkten (a,b,c)
Nöjer man sig inte med tangentplanet som approximation av funktionen g nära denna punkt så kan man gå vidare i Taylors formel och även ta med andraderivatorna. Om man ändå inte är nöjd så fortsätter man med tredjederivatorna, fjärdederivatorna och så vidare
Låt oss exemplifiera vad vi nyss gått igenom:
Låt y = f(x,z) = e^x + xz
Vi ser att vi inte kan få fram en explicit funktion x = g(y,z). Vi får alltså nöja oss med att avgöra om det kring vissa punkter är så att x definierar en funktion av y och z. Om x definierar en funktion x = g(y,z) kring en given punkt så är vi i sådana fall intresserade av att approximera g
Vi inför funktionen h(x,y,z) = y - e^x - xz
Eftersom f(0,2) = 1 så ligger (0,1,2) på nivåytan h = 0
(dh/dx)(x,y,z) = -e^x - z
(dh/dx)(0,1,2) = -3 (som är skild från 0)
Lokalt kring (0,1,2) kan vi alltså uppfatta sambandet h(x,y,z) = 0 som en funktionsyta x = g(y,z). Vi ska nu approximera denna (lokala) funktion med sitt eget tangentplan. I punkten (0,1,2) så finner vi att funktionsytan g har följande tangentplan:
x = g(1,2) + (dg/dy)(1,2)*(y - 1) + (dg/dz)(1,2)*(z - 2)
Vi vet att g(1,2) = 0
Vi finner att:
(dh/dy)(x,y,z) = 1
(dh/dz)(x,y,z) = -x
Vi använder oss nu av implicita funktionssatsen och erhåller:
-(dg/dy)(1,2) = (dh/dy)(0,1,2)/(dh/dx)(0,1,2) = 1/(-3) = -(1/3)
-(dg/dz)(1,2) = (dh/dz)(0,1,2)/(dh/dx)(0,1,2) = 0/(-3) = 0
Tangentplanets ekvation blir därmed:
3x - y = -1
Och av detta följer det som är intressant för vår del:
x = (y-1)/3 = (1/3)y - (1/3)
I en omgivning av punkten (0,1,2) så definierar funktionsytan y = e^x + xz implicit en funktion x = g(y,z). Denna funktion approximerar vi med x = (1/3)y - (1/3)