平面点集、空间点集
直线R中的点集:;
平面点集:,
,点集示例:
;
空间点集:,
,点集示例:
,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:;
平面中的邻域:;
平面中邻域的图形:;
空间中的邻域:;
空间中邻域的图形:;
,V的内点属于V;
,使
,V的外点不属于V;
内点示例图:,外点示例图:
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注: 像这种外圆是闭集,内圆为开集的集合为开集;
,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;
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连通集的图示:,
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非连通集示例:;
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,
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二元函数、多元函数
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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:,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)
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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;
多元函数的极限与连续性
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注:点M为点集,如(x,y)、(x,y,z........n);
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示例:
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该函数的图形为:
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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;
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);
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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:
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二元函数的连续性
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示例:,注:
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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;
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注:多元函数的偏导数类似于二元函数;
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;
,
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,注:该方法对多元函数求偏导数都适用
则
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示例:求的偏导数
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与一元函数不一样的地方:
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高阶偏导数
设有二元方程,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:
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,
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,则
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示例:求的偏导数
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全微分
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注:偏导数存在是可微分的必要条件,但不是充分条件,即,
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计算全微分的公式
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全微分在近似计算中的应用
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多元复合函数的求导法则
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方向导数与梯度
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,
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注:,
,
,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;
其中l为该方向的单位向量,即,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;
,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
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三元函数类似二元函数(n元函数也一样)
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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;
,
,
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梯度的几何解释(二元函数):
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97-99