上一次修改时间:2017-08-16 01:13:46

多元函数微分法及其应用

  1. 平面点集、空间点集

    直线R中的点集:image.png

    平面点集:image.pngimage.png,点集示例:image.png

    空间点集:image.pngimage.png,点集示例:image.png,球面;

    注:平面空间中有四个象限,三维空间中则有八个象限;

    邻域

    R中的邻域:image.pngimage.pngimage.png

    平面中的邻域:image.pngimage.pngimage.png; 

    平面中邻域的图形:image.png

    空间中的邻域:image.pngimage.pngimage.pngimage.png; 

    空间中邻域的图形:QQ图片20170806225341.png

    image.png 

    image.pngimage.png ,V的内点属于V;

    image.png 

    image.png,使image.png,V的外点不属于V; 

    内点示例图:image.png,外点示例图:QQ图片20170806231220.png

    QQ图片20170806231553.png ;

    QQ图片20170806231924.png

    image.png

    image.pngimage.png;  

    image.png

    image.png  ;

    注:image.png 像这种外圆是闭集,内圆为开集的集合为开集

    image.png,全体平面上的实数点构成的集合是一个既开又闭的集合,也是唯一个既开又闭的集合

    QQ图片20170806234125.png; 

    连通集的图示:QQ图片20170806234311.pngimage.png; 

    非连通集示例:QQ图片20170806234805.png; 

    image.png

    image.png;  

    image.png

    image.pngimage.pngimage.png;  

    image.png image.png

  2. 二元函数、多元函数

    QQ图片20170807161545.png

    QQ图片20170807161758.png

    多元函数的定义域

    多元函数的定义域:明确指定或约定;

    定义域的约定:使函数表达式有意义的所有点的集合;

    定义域示例:image.png,该二元函数没有指定定义域,按约定为根号里的表达工要大于或等于0;

    一元函数与二元函数的图形示例:(一元函数通常是平面上的一条曲线,二元函数通常是空间里的一个曲面)

    image.pngQQ图片20170807164001.png

    注:三元函数的图形需要在四维空间才能做画出来(超平面);

    多元函数求函数值时,自变量是有顺序的,不能颠倒,如f(2,3)和f(3,2)是两个不同的函数值; 

  3. 多元函数的极限与连续性

    QQ图片20170807172743.png; 

    注:点M为点集,如(x,y)、(x,y,z........n);

    image.png

    image.png;  

    示例:

    QQ图片20170807174539.png 

    QQ图片20170807174256.png  ;

    该函数的图形为:

    QQ图片20170807174959.png;  

    沿着不同的射线趋向于原点时,高度是不变的,但不同的射线,函数值不一样;

    image.png 

    注:该函数中的点沿着这些直线趋向于原点时,函数值保持不变,但高度不一样;

    示例2: 该函数中,同一个x和y值对应着多个函数值,当同一个x和y对应的函数值趋向于原点时,该函数的函数值(z值)均不相同,因些该函数的极限不存在(极限存在时,同一个x和y趋向于极限点的值应该相同);

    QQ图片20170807181509.png ;

    求二元函数的极限时,可以将自变量分开,然后将其化为一元函数求解;

    示例:image.png  image.pngimage.png

    二元函数的连续性 

    image.pngimage.png;  

    image.pngimage.png;  

    image.png; 

    image.png ;

    image.png

    image.png;  

    image.png; 

    示例:image.png,注:image.png

    QQ图片20170807235916.png; 

  4. 偏导数的定义与计算

    多元函数中,关于某一个自变量的变化率就是函数对该自变量的偏导数; 

    image.png

    image.png

    image.png  image.png

    image.png 

    image.pngimage.png; 

    注:多元函数的偏导数类似于二元函数; 

    image.png

    偏导数实际上就是导数,求偏导数时,可以将要求的自变量以外的自变量看成是常数,再用求导法则求; 

    image.pngimage.png; 

    image.png; 

    image.png,注:该方法对多元函数求偏导数都适用

    image.pngimage.pngimage.png  image.png

    示例:求image.png的偏导数

    image.pngimage.pngimage.png

    image.pngimage.png

    QQ图片20170808171007.png

    QQ图片20170808172215.png; 

    与一元函数不一样的地方:

    image.png

    QQ图片20170808174155.png

    QQ图片20170808174624.png

  5. 高阶偏导数

    设有二元方程image.png,先对x求偏导数再对y求偏数,以及先对y求偏导数再对x求偏导数的结果为:

    QQ图片20170808203409.png

    image.png

    image.pngimage.png

    image.png

    image.pngimage.pngimage.png

    image.png

    image.pngimage.png,则image.pngimage.png

    示例:求image.png的偏导数

    image.pngimage.png

  6. 全微分

    QQ图片20170815165531.png

    image.png

    image.png

    image.png

    image.png

    image.png

    注:偏导数存在是可微分的必要条件,但不是充分条件,即image.pngimage.png

    QQ图片20170815173731.png

    计算全微分的公式

    image.pngimage.pngimage.png

    image.png

    QQ图片20170815175631.png

    image.png;

    全微分在近似计算中的应用

    image.png

    QQ图片20170815211008.png

    image.png

  7. 多元复合函数的求导法则

    89-94

  8. 方向导数与梯度

    image.pngimage.pngimage.png

    image.png

    image.png

    image.pngimage.png,image.png

     注:image.pngimage.pngimage.png,因此,在一点处沿x轴或y轴方向的方向导数存在,也不能保证该点的偏导数存在;

    image.png

    image.png

    image.png

    其中l为该方向的单位向量,即image.png,如在三维空间坐标系中,x方向的单位向量为(1,0,0);另外,函数可微,则方向导数一定存在;

    image.pngimage.png ,其中点乘前面的梯度,点乘后面的向量l的单位化;

    注:用梯度 gradf 点乘 l 的单位向量就是得到方向导数,这是计算方向导数最简便的方法; 

    梯度点乘l的几何解释

     QQ图片20170816003816.png

    三元函数类似二元函数(n元函数也一样)

    QQ图片20170816004318.png; 

    函数在某点上的方向导数可以理解为,沿着方向L水平的移动一个单位,则函数值增加方向导数个单位; 

    梯度 

    梯度是讨论函数变化最快的方向;

    image.pngimage.png image.pngimage.png

    QQ图片20170816005728.png

    梯度的几何解释(二元函数):

    QQ图片20170816010125.pngQQ图片20170816010452.png

    image.png

    QQ图片20170816011027.png

  9. 97-99