当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第一章 多元函数微分学 > 第三节 多元函数的全微分 > 可微的充要条件
好 我们知道
函数在一点可微的必要条件
是偏导数存在
而函数在一点可微的充分条件
我们给出了 是偏导数连续
下面我们给出一个
在理论上比较有用的结果
就是说 函数在一点可微
它的等价说法是什么
也就是函数在一点可微的
充分必要条件
关于函数在一点可微的充分必要条件
我们写出一个定理
设二元函数f(x,y)
在(a,b)及其附近有定义
则函数f(x,y)在(a,b)这点可微的
充分必要条件是
它在(a,b)这点的函数值的改变量
可以写成偏f偏x在(a,b)点的值
乘上Δx 加上偏f偏y
在(a,b)点的值 乘上Δy
再加上ε1乘上Δx
再加上ε2乘上Δy
其中ε1ε2是两个
在ΔxΔy趋向于零时的无穷小量
在这个定理里面
实际上在前面我们证明
函数在一点可微的充分条件时
我们曾经知道
如果函数值的改变量
能够写成这个形式
其中 在ε1ε2都是无穷小量的前提下
我们自然就可以证明
后面这一部分就是距离的高阶无穷小
所以说 它就是可微的
也就是说 在这个证明里面
它的充分性 我们在前面
证明可微的充分条件时
已经给出过 在这我们不再重复
我们只来证它的必要性
也就是在它可微的前提下
我们来证明它在一点函数值的改变量
可以写成是
自变量改变量的一次方部分
与后面这个形式之和
其中 ε1ε2都是在ΔxΔy
趋向于零时的无穷小量
那我们知道
因为f(x,y)在(a,b)是可微的
所以 根据全微分的定义
我们就知道
Δf(a,b)应该就等于它的全微分
也就是偏f偏x(a,b)乘上Δx
再加上偏f偏y(a,b)乘上Δy
再加上小o(ρ)
其中ρ表示的是根下Δx方加Δy的平方
那现在我们要证明的
也是要把后面这一部分
表示成我们定理中需要的这个形式
现在我们看一下 也就是这个样子
就是我们用α来表示小o
我直接把这个距离写开
是根下Δx方加上Δy的平方
那么我们就知道
这个α除上这个Δx的绝对值
加上Δy的绝对值
也就等于小o根下Δx的平方
加上Δy的平方
再除上Δx的绝对值加上Δy的绝对值
为了用上小o这个性质
我们也就给它转化成
小o根下Δx的平方加上Δy的平方
除上根下Δx的平方加上Δy的平方
再乘上根下Δx的平方再加上Δy的平方
除上Δx绝对值加上Δy的绝对值
做完变形之后 我们来看这个因子
这个因子分子当然是小于等于
Δx绝对值加上Δy的绝对值
的平方再开方
也就是说 这个分子应该是小于分母的
所以说 这是个有界变量
而根据高阶无穷小的定义
第一个因子极限应该是零
也就是我们这样就证明了
这个α比上Δx的绝对值
加上Δy的绝对值
在ΔxΔy都趋向于零的极限过程下
它极限是零
现在 我们看一下
这个α 也就是我们这个小o(ρ)
这样写 就给它写成α乘上括号里面
Δx加上Δy再除上Δx的绝对值
加上Δy的绝对值
它当然是不动的
那这样子的时候 我们就可以写成
α除上Δx绝对值加上Δy的绝对值
乘上 就是 Δx绝对值 然后再加上
就是α除上Δx绝对值
再加上Δy的绝对值
再乘上Δy的绝对值
为了证出我们定理中需要的形式
我们要把后面这个绝对值符号去掉
那我们就利用
函数符号来去掉这个绝对值就行了
也就是 α乘上这个符号函数的值
实际就是正一负一
再除上Δx绝对值加上Δy的绝对值
再乘上Δx
再加上α乘上这个符号函数的函数值
再除上Δx加上Δy绝对值 再乘Δy
好 我们写到这个形式
回过头来看
我们曾经证明了α除上这个分母
在ΔxΔy趋向于零时它是无穷小量
而符号函数显然是个有界函数
所以说 这个一部分自然是在
ΔxΔy趋向于零时的无穷小量
然后我就把第一部分表示成ε1
把第二部分表示成ε2
所以说在它可微的条件下
我就证明了
这个函数值的改变量
确确实实能够表示成
自变量改变量的线性组合部分
而组合系数是两个无穷小量
这样我们既证明了充分性
也证明了必要性
所以我们就证明了 函数在一点可微的
充分必要条件是
它能够把函数值的改变量
写成这个形式
其中ε1ε2是两个无穷小量
到现在为止
我们就把多元函数微分学中的
几个很重要的概念都做了介绍
主要介绍了连续性
偏导数存在性 可微性
现在我们看一下
多元函数在一点的连续性
偏导数存在性和可微性之间
有什么关系
根据前面我们得到的结果
我们知道 如果多元函数在一点连续
和多元函数在一点偏导数存在
这两个性质之间是
没有本质的蕴含关系
也就是说 它在一点连续
我是不能保证它在这一点
偏导数都存在
反过来即使它在这一点偏导数都存在
我也不能得到它在这一点的连续性
所以说 有连续推不出偏导数存在
同时 有偏导数存在也推不出连续性
那如果我再考虑它在这一点的可微性
那么根据前面我们介绍的结论
我们知道 函数在一点可微
当然能够推出它在这一点连续来
函数在一点连续
我们推不出它在这点可微来
函数在一点可微
我们自然能推出它偏导数存在
当然 偏导数存在
我们是推不出可微的
我想这是关于连续 偏导数存在
和可微之间这个性质的强弱
如果我们再加上 函数在一点
偏导数连续这个性质
到现在为止 我们知道
函数在一点偏导数连续
我自然是能推出可微来的
可微并不见得一定要求
它的一阶偏导数连续
所以说关于多元函数
在一点的几个性质 谁强谁弱
希望同学们要搞清楚
要注意它们与一元函数
在一点连续 导数存在
和可微之间的关系
在多元函数里面
可微与偏导数存在
已经没有等价性了
就是偏导数存在也推不出连续性
也就是说连续也不是可导的
一个必要条件了
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
--二重极限的定义
--二重极限的例题
--二次极限的定义
-第一章 多元函数微分学--第一节练习题
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--偏导数的概念
--偏导数的几何意义
--高阶偏导数的概念
-第一章 多元函数微分学--第二节练习题
-第三节 多元函数的全微分
--全微分的概念
--可微的必要条件
--可微的充分条件
--可微的充要条件
--多元函数的原函数
-第一章 多元函数微分学--第三节练习题
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-第一章 多元函数微分学--第四节练习题
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--方向导数的概念
--方向导数的计算
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--复合映射的微分法
-第一章 多元函数微分学--第六节练习题
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-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
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--极值点的判别法
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-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题
-第三节 多元函数的条件极值
--条件极值问题举例
--最小二乘法
-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题
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-第二节 二重积分的计算
-第三章重积分--第二节练习题
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--极坐标系
--一般坐标系
-第三章重积分--第三节练习题
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--三重积分的引入
--三重积分的定义
--三重积分的性质
--直角坐标系
--空间坐标变换
--空间柱坐标系
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-第三章重积分--第五节 练习题
-第六节 第一类曲面积分
-第三章重积分--第六节 练习题
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--含参积分的连续性
--含参积分的导数
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-第四章 向量分析--第二节 练习题
-第三节 第二类曲面积分
--曲面的定向
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--Gauss公式
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-第四章 向量分析--第五节 练习题
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--变量分离方程
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-第三节 高阶线性微分方程解的结构
-第五章 常微分方程--第三节 练习题
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--欧拉方程
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-第五章 常微分方程--第四节 练习题