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 > 第一节 多元连续函数 > 向量的内积与长度-1
大家好 今天我们来开始学习
多元微积分学的内容
多元微积分学这门课程
一共包括五章内容 这就是
多元函数的微分学
多元函数微分学的应用 重积分
曲线曲面积分和常微分方程
多元函数微积分学研究的
是多元函数的性质
在前面我们曾经学习过
一元函数微积分学的内容
实际上多元函数微积分学的
一些基本概念 方法
与一元函数微积分学中的
一些基本概念和方法 是有相通之处
我们在学习多元函数微积分学的内容时
既要注意多元函数与一元函数的联系
更要注意它们的区别
下面我们讲第一章内容
第一章 我们介绍多元函数微分学的内容
在这一章里面 我们主要介绍
多元函数的概念 多元函数的极限
多元函数的连续性
以及多元函数的偏导数 和全微分
为了介绍多元函数的概念
我们先来介绍一下
多元函数要作定义的点集的情况
我们把它叫 预备知识
首先 我们来看一下 向量的内积
我们先给出向量内积的定义
我们设a是个n维向量 它的分量是a1 a2到an
b是个n维向量 它的分量是b1 b2 到bn
那么 我们ak乘上bk
对k从1到n求和 就得到一个数值
我们就把这个数值
称为是向量a与向量b的内积
记作a与b的内积
也就是说 用a b中间加个逗号
两边取小括号来表示 两个向量的内积
性质一 我们称为向量内积的非负性
也就是说
一个n维向量a与它自身作内积应该是非负的
而且 a与a的内积如果等于零
等价于向量a是个零向量
这就是所谓向量内积的非负性
第二个性质 是关于向量内积的对称性
也就是说 a b是两个n维向量
那么a与b的内积与b与a的内积是相等的
第三个性质
是所谓内积运算的这种线性性质
也就是说假设a b c 是三个n维向量
αβ是实数
那么向量a与向量α乘上b
加上β乘上c作内积
就等于a与b内积的α倍
加上a与c内积的β倍
这是所谓向量内积的线性运算性质
最后一个性质 也就是第四个性质
是Cauchy-Schwarz不等式
也就是说
a向量与b向量内积的平方
应该小于等于 a与a的内积乘上b与b的内积
接下来
我们对这四个性质给出一个简短的证明
譬如说非负性 我们的证明就是这样子的
如果我记a就是 a1 b1 a1 a2 一直到an
那么 根据内积定义 我们就知道
a与a的内积就等于
ak的平方 k从1到n求和
这样 我们自然知道
它一定是非负数 大于等于零
而且如果这个和式等于零
意味着就是n个非负数加起来等于零
自然就是 这n个数同时为零
也就是说 如果a与a的内积等于零
它等价于a是一个零向量
所以非负性就得到证明了
接下来 第二个 对称性
如果我们在 a 它的分量是a1 a2 an的基础上
咱们再记 b 它的分量 就是b1 b2 bn
那么 对称性的证明
就是从内积定义出发 我们a与b的内积
就等于k从1到n 对ak乘上bk求和
我们重复使用交换律的
所以它就等于 k从1到n
对bk乘上ak求和
而根据内积定义
这就是b向量与a向量的内积
这样 内积的对称性也得到了证明
线性运算性质
就利用内积的定义
和数的加法与乘法的分配律
就容易得出线性运算性质
这个证明请同学们自己写出
接下来
我们给出Cauchy-Schwarz不等式的证明
这个不等式 它的证明
我们就利用前面给出的
内积运算的线性运算性质
以及内积的定义
我们看一下
怎么样来证明这个 Cauchy-Schwarz不等式
我现在假设a b是n维向量
然后λ是一个实数
那么根据内积的非负性 我们知道
a加上λ倍的b与它自己作内积
应该是大于等于零
利用内积的线性运算性质
这个内积我们可以写成 a与a作内积
再加上两倍的λ a与b作内积
再加上λ平方b与b作内积
这个表达式是关于λ的一个二次多项式
二次多项式 它的值是非负的
那么它的判别式 就应该小于等于零
而它的判别式是
四倍的a与b的内积的平方
减掉四倍的a与a的内积
再乘上b与b的内积
那这个判别式是小于等于零的
而这个不等式
就是我们要证的Cauchy-Schwarz不等式
我想利用内积的定义 我们就得到了
我们常用的 内积的四个性质
-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
-第二节 多元函数的偏导数
--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
-第四节 多元函数的微分法
--隐函数存在定理
--隐函数组求导法
-第一章 多元函数微分学--第四节练习题
-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量
--方向导数的概念
--方向导数的计算
-第一章 多元函数微分学--第五节练习题
-第六节 映射及其微分
--复合映射的微分法
-第一章 多元函数微分学--第六节练习题
-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)
-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
-第一节 多元函数微分学的几何应用
-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题
-第二节 多元函数的极值
--极值点的判别法
--极值问题举例
-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
-第一节 二重积分的概念和性质
--二重重积分引入
--二重积分定义
--二重积分性质
-第二节 二重积分的计算
-第三章重积分--第二节练习题
-第三节 极坐标系及一般坐标系
--极坐标系
--一般坐标系
-第三章重积分--第三节练习题
-第四节 三重积分
--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
--球坐标系
--球坐标系例题
-第三章重积分--第四节 练习题
-第五节 第一类曲线积分
-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
-第七节 含参变量积分
--含参定积分的定义
--含参积分的连续性
--含参积分的导数
--含参积分的例题
-- 广义含参积分的一致收敛性
-第三章重积分--第七节 练习题
-第一节 第二类曲线积分
-第四章 向量分析--第一节 练习题
-第二节 Green公式及其应用
-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
-第四章 向量分析--第三节 练习题
-第四节 Gauss公式与Stokes公式
--Gauss公式
-第四章 向量分析--第四节 练习题
-第五节 无源场,保守场与调和场
--平面保守场
--势函数及其计算
--空间保守场
--常见的场
-第四章 向量分析--第五节 练习题
-第一节 微分方程的基本概念
--微分方程概念举例
-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)
--变量分离方程
--齐次型方程
-第五章 常微分方程--第二节 练习题
-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
-第四节 高阶线性常系数微分方程
--欧拉方程
--欧拉方程举例
-第五章 常微分方程--第四节 练习题