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 > 第二节 多元函数的偏导数 > 高阶偏导数的概念
好 接下来我们介绍一下
高阶偏导数的概念
实际上 因为偏导数的定义
我们知道 它就是一元函数
在一点导数的定义
根据一元函数高阶导数的概念
我们自然也可以讨论一下
什么叫多元函数的高阶偏导数
我们假设函数f(x,y)
在某一个区域D上有定义
现在如果对这个区域中的每一点
我们都能得到
它关于x的偏导数存在这个结论
那么这个表示的就是
对D中的每一点
我们都得到了一个偏导数值
这实际也是一个函数
我们可以称为是原来函数
关于x的偏导函数
类似的 我们也可以得到
这个函数在区域中
每一点关于y的偏导数值
这自然也是一个新的二元函数
这个二元函数我们可以称为是
原来函数f(x,y)
关于y的偏导函数
那么 对于这两个新的二元函数
我们自然可以进一步讨论
它们关于x的偏导数存在不存在
它们关于y的偏导数存在不存在
如果讨论这两个
一阶偏导函数的偏导数
这样我们就会引进
高阶偏导数的概念
比如说 我们对偏f偏x
我们进一步对它关于x求偏导
如果这个偏导数存在
我们就把这个偏导数
称为是原来函数关于x的
二阶偏导数
也就是记做偏方f偏x方
这是(x,y)
类似的 如果我们对这个函数
偏f偏x(x,y)
再关于y求偏导
如果这个偏导数存在
我们就把这个偏导数
称为是原来这个函数
先关于x后关于y的
二阶混合偏导数
那记做偏方f(x,y)偏y偏x
这个是对这个函数
我们讨论关于xy的偏导数
得到了两个二阶偏导数
那么对这个偏导数
我们同样的可以得到
偏方f偏y方(x,y)
也就是对偏f偏y(x,y)
再关于y求偏导
这个称为是原来函数
关于y的二阶偏导数
如果对这个函数
再关于x求偏导我们就会得到
偏偏x偏f偏y(x,y)
这个我们记做
偏方f偏x偏y(x,y)
这个就称为是原来函数
先关于y后关于x的
二阶混合偏导数
这样我们就定义了二元函数
它的四个二阶偏导数
当然 对于二阶偏导数
我们照样可以再讨论
它们的导数问题
这样我们就会引进
二元函数三阶偏导数的概念
有了三阶偏导数
我们自然类似的可以定义四阶
以及更高阶的偏导数
那么二阶和二阶以上的偏导数
我们统称为高阶偏导数
这是关于高阶偏导数的概念
它与一元函数
高阶导数的概念的引进是类似的
就是不停的对函数进行求导
接下来 我们看几个简单的
求高阶偏导数的例子
第一个例子
比如说 z等于一个sinx乘y
这就是一个二元函数
现在我们来求它的二阶偏导数
当然 根据定义
我们要求二阶偏导数
先求偏z偏x
也就是cosx乘y再乘上y
然后偏z偏y也就等于
cosx乘y 再乘上x
对这个函数关于x求偏导
就会得到偏方z偏x方
也就是对x求导
那么出来的应该是
负的sinx乘y 再乘上
关于x求又出来一个y
所以乘上y方
我们对这个函数关于y求偏导
就是偏方z然后偏y偏x
看成是两个函数相乘求导
y求导它不动
那就是cos(xy)
再加上y不动它求导
应该出来一个负号
减掉x乘上y再乘上sin(xy)
那么这个一阶偏导数
求出来的二阶偏导数
我们已经都得到了
再来看这个函数
我们先对这个关于x求偏导
得到的是偏方z偏x偏y
那么理解成是两个函数相乘求导
应该等于cos(xy)
再减掉xy乘上sin(xy)
最后一个二阶偏导数就是
偏方z偏y方
也就是这个函数再关于y求偏导
得到的应该就是
负的x方乘上sin(xy)
这就是具体函数
我来求高阶偏导数的过程
实际就是不断的求一阶偏导数
那我们再看一个例子
说 就是 u等于一个ln(x+y+z)
那么对这个函数
我们就求它先关于x后关于y
和先关于y后关于x的
两个二阶混合偏导数
先求一阶偏导数
偏u偏x也就等于
x加y加z分之一
那么偏u偏y也等于
x加y加z分之一
那有了这两个偏导数
那么我们先关于x后于y的
二阶混合偏导数
也就是偏方u偏y偏x
就是在这个基础上再关于y求偏导
x和z是常数
所以应该就等于
负的x加y加z的平方分之一
如果我们求这个函数
先y后x的二阶混合偏导数
就是在这个表达式基础上
关于x求导 其中yz是常数
它的结果应该还是
负的x加y加z的平方分之一
那么通过这两个具体例子
我们看一下在这个函数里面
我们求了先x后y和先y后x的
两个二阶混合偏导数
结果我们发现是一样的
而在这个函数里面
我们也求了它关于
先关于x后关于y和
先关于y后关于x的
两个二阶混合偏导数
我们发现结果还是一样的
那我们能不能
通过这两个简单的例题
就可以得到这么一个结论
说 你求二阶混合偏导数时
实际上它的结果
与自变量的求导顺序应该是无关的
实际上我们说这句话的时候
我们是底气不足的
原因是 导数运算应该是个无穷运算
而无穷运算我们说它有交换律
这是一定要加条件的
好 我们来看另外一个例题
我们考虑这个函数
f(x,y)等于x乘y再乘上x方减y方
除上x方加y方
这是不在原点的情况
也就是 不在原点它就这样取值
如果在原点 (x,y)在原点的时候
我把它取值为零
现在对这个函数
我们可以得到它关于x的偏导数
关于x的偏导数如果是在原点的时候
我们用偏导数的定义
也就是(x,y)在原点的时候
用偏导数定义我们可以得到它是零
如果不在原点的时候
我们把它用导数运算来求
理解成两个函数相乘
那么第一个因子关于x求偏导
也就是y 第二个因子不动
x方减y方除上x方加y方
再加上第一个因子不动x乘y
再乘上第二个因子求偏导
也就是两倍的x乘上x方加y方
再减掉分母的导数
还是两倍的x再乘上分子
x方减y方
再除上x方加y方这个平方
这是在(x,y)不是原点的情况
现在我们就求这个函数
在原点关于y的偏导数
那么也就是求偏方f偏y偏x在原点
按照定义 它应该是这个样子的
也就是y趋向于0
偏f偏x 让x等于零固定
就是在(0,y)那点的值
再减掉偏f偏x在原点的值
再除上y
那么我们看一下
在这个表达式里面
如果我们让x等于零固定
这有一个零因子
所以后面这项等于零
这个地方x方是零
所以就是负y方除上y方
消掉是负一 这里剩一个y
所以这个时候它是负y
而这个它是等于零
也就是这个极限就等于
y趋向于零时负y除上y
等于负一
这是这一个极限
接下来 我们对这个函数
自然可以求偏f偏y(x,y)
与求关于x的偏导数方式一样
如果是在原点 也就是在(0,0)处
我们用定义可以得到
它的偏导数等于零
在不在原点的地方
我们关于y求导数
求导数的时候 两个因子相乘
第一个也就是
x乘上x方减y方再除上x方加y方
第一个因子不动加上xy
再乘上这个关于y求偏导
也就是负的二倍y乘上分母
x方加y方
再减掉分母关于y的偏导数
也就是两倍的y再乘上分子
再除上分母的平方
这样我们就把这个偏导数求出来了
这样我们就可以考虑
偏方f偏x偏y(0,0)
也就是对这个函数在原点
关于x求偏导
按照定义它应该就等于
x趋向于零 偏f偏y 然后(x,0)
再减掉偏f偏y(0,0)
再除上x
那么在这个表达式里面
我们让y等于零固定
后面这有一个零因子是零
y等于零 x方除上x方是正一
乘上x 所以这个就是x
而这个值是零
所以分子是x 这个极限是一
那么对这个具体的函数在原点
我们利用导数运算和偏导数的定义
我们得到了它先关于x后关于y的
二阶混合偏导数等于负一
而先关于y后关于x的
二阶混合偏导数等于一
那么这个例子就说明
对高阶偏导数求值的时候
它的偏导数值
与求导顺序是有关的
当然我们就关心
是不是加上一定的条件之后
我们可以不考虑求导顺序
也就是说 我们加上什么条件
能够保证混合偏导数
它的值的大小与求导顺序无关
-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
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--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
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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
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-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
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--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
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--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
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--欧拉方程
--欧拉方程举例
-第五章 常微分方程--第四节 练习题