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Lexikon der Mathematik: implizite Funktion

durch eine Gleichung der Form \begin{eqnarray}F(x,f(x))=0\end{eqnarray} definierte Funktion f.

Der Satz über implizite Funktionen nennt hinreichende Bedingungen für die Existenz von f:

Seien X ⊂ ℝpund Y ⊂ ℝqnicht-leere offene Mengen, x0X, y0Y, und sei F : X × Y → ℝqstetig differenzierbar mit F(x0, y0) = 0. Ist dann die Matrix\begin{eqnarray}\frac{\partial F}{\partial y}({x}_{0},{y}_{0})=\left(\begin{array}{ccc}\frac{\partial {F}_{1}}{\partial {y}_{1}}({x}_{0},{y}_{0}) & \cdots & \frac{\partial {F}_{1}}{\partial {y}_{q}}({x}_{0},{y}_{0})\\ \vdots & & \vdots \\ \frac{\partial {F}_{q}}{\partial {y}_{1}}({x}_{0},{y}_{0}) & \cdots & \frac{\partial {F}_{q}}{\partial {y}_{q}}({x}_{0},{y}_{0})\end{array}\right)\end{eqnarray}invertierbar, so gibt es offene Umgebungen UX von x0und VY von y0und eine differenzierbare Funktion f : UV mit\begin{eqnarray}f({x}_{0})={y}_{0}\space und\space F(x,f(x))=0\space f\ddot {u}r \space x\in U.\end{eqnarray}

Für xU ist y = f (x) die einzige in V liegende Lösung von F(x, y) = 0. Für xU und yV gilt \begin{eqnarray}f\text{'}(x)=-{\left(\frac{\partial F}{\partial y}(x,y\right)}^{-1}\frac{\partial F}{\partial x}(x,y).\end{eqnarray}

\(\frac{\partial F}{\partial y}({x}_{0},{y}_{0})\) ist gerade die Jacobi-Matrix \({J}_{{F}_{0}}({y}_{0})\) der durch F0(y) = F(x0, y) für yY definierten Funktion F0 : Y → ℝq an der Stelle y0. Um die Invertierbarkeit dieser Matrix zu untersuchen, kann man ihre Determinante det \({J}_{{F}_{0}}({y}_{0})\) berechnen.

Die Differentiation impliziter Funktionen ist auch unter etwas schwächeren als den obigen Voraussetzungen noch möglich.

In starker Verallgemeinerung kennt man auch den folgenden Satz über implizite Funktionen: Sind \({f}_{1},\ldots, {f}_{k}\in {{\mathscr{O}}}_{{{\mathbb{C}}}^{n},0}\) analytische Funktionskeime mit \begin{eqnarray}\det {(\partial {f}_{i}/\partial {z}_{j}(0))}_{j\le k}\ne 0,\end{eqnarray} so gibt es Funktionskeime \({w}_{1},\ldots, {w}_{k}\in {{\mathscr{O}}}_{{{\mathbb{C}}}^{n-k},0}\) so, daß in einer Umgebung von 0 ∈ ℂn gilt f1(z) = ⋯ = fk(z) = 0 ⇔ zi = wi (zk+1, …, zn), i = 1, …, k.

  • Die Autoren
- Prof. Dr. Guido Walz

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