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 > 全微分的概念
前面我们介绍了偏导数的概念
我们知道 函数在一点的偏导数
反映的只是函数在过这一点
平行于坐标轴直线上的性质
如果需要反映函数在一点
及其附近其它点函数值之间的关系
我们仅有偏导数是不够的
为此我们需要引进全微分的概念
我们先看两个简单的例子
第一个例子
我们假设一个边长是ab的长方形
那么它的面积就是S等于a乘b
如果现在我们知道
它的边长发生了变化
也就是从a变到了a加Δa
从b变成了b加Δb
那我们来求一求它的面积的改变量
面积的改变量我们用ΔS来表示
也就是a加上Δa再乘上b加Δb
减掉原来的面积a乘b
这样大家写出了 也就是
b乘上Δa再加上a乘Δb
再加上Δa乘上Δb
因为这个函数是一个很简单的函数
所以说 在边长发生了改变时
面积的改变量
我们直接就求出来了
那接下来我们看另外一个例子
如果我考虑的是f(x,y)
等于e的x加y次方
现在我们还是假设它的自变量
从x变到了x加Δx
y从y变到了y加Δy
我们看看在自变量的这个变化情况下
它函数值的改变量是什么
这是Δf(x,y)也就等于
e的x加Δx再加上y加Δy次方
减掉e的x加y次方
那我们给它做一个简单的整理
也就是e的x加y次方
这面是e的Δx加上Δy次方减一
当然 从理论上讲
我们也直接把它函数值的改变量
写出来了 但是这个改变量
因为有指数运算
它与自变量改变量的关系
没有刚才我们这个例子来的这么清晰
因为刚才这个表达式
就是自变量改变量的线性部分
再加上另外一部分
对这个问题我们能不能
也处理成这个形式
实际上我们是可以做到的
因为我们知道
在Δx趋向于0 Δy趋向于0时
我们e的Δx加Δy次方减一
除上Δx加上Δy
它极限应该是一的
极限是一的时候 那么
我们利用极限与无穷小的关系
把这个极限号去掉
它就应该等于一加上一个
比如说ε(Δx,Δy)
其中后面加的这个东西
是在Δx Δy趋向于零时
极限是零的一个表达式
这样 我们把这个分母乘过去
也就是说 e的x加y次方
乘上括号里面是Δx加上Δy
再加上ε(Δx,Δy)
再乘上括号里面Δx加Δy
那么这个函数值的改变量
前面这一部分也是
自变量改变量的线性部分
后面这部分是自变量改变量线性部分
乘上了一个极限是零的东西
那么这一个部分与
我们前面这个函数值改变量中的
这一部分
它有什么共同的地方
那我们可以看一下
对这个改变量来说
我们知道Δa趋向于零 Δb趋向于零时
Δa乘上Δb除上Δa的平方
加上Δb的平方
这个极限应该是零的
原因是这个绝对值是小于一的
所以说这整个表达式的绝对值
是小于Δb的绝对值
在Δb趋向于零时
它自然是极限是零
类似的 我们这一部分
我们看一下 就是
ε(Δx,Δy)再乘上Δx加上Δy
再除上Δx的平方加上δy的平方
我们让Δx Δy趋向于零
后面这一个跟这个的绝对值小于一
这个绝对值也小于一
实际上它的绝对值应该小于它的两倍
而这个ε极限是零的
所以说这个极限也是零
我们为了把它的共同点找出来
我们不妨把这个就写成
b乘上Δa加上a乘上Δb
也就等于 再加上一个小o(ρ)
而这个 我们也可写成这样子
e的x加y次方乘上Δx
加上e的x加y次方乘上Δy
再加上一个小o(ρ)
我们这个ρ是什么
通过刚才这两个表达式
大家应该知道
ρ实际上就是
(a+Δa,b+Δb)与(a,b)这两点之间的距离
而在这个表达式里面的ρ
表示的是(x+Δx,y+Δy)这一点
和(x,y)这一点的距离
这样子的时候 我们后面这一部分
都应该是两点距离的高阶无穷小
实际上 我们把这个性质
推广到一般的函数
得到的就是函数在一点可微
和函数全微分的概念
然后我们写成一个定义
我们设二元函数f(x,y)在点(a,b)
及其附近有定义
我们记ρ是(a+Δx,b+Δy)这一点
与(a,b)之间的距离
如果存在与ΔxΔy无关的两个常数AB
使得函数在(a,b)这一点
函数值的改变量
可以表示成自变量改变量的一次方部分
也就是a乘上Δx加上b乘上Δy
再加上这两点距离的高阶无穷小部分
如果能表示成这个形式
我们就称函数f(x,y)在(a,b)这一点是可微的
那么自变量改变量的线性部分
我们就称为是这个函数
在(a,b)这点的全微分 记做df
为了体现是在哪一点
后面我们标上(a,b)
也就是df(a,b)
从这个定义我们可以看出
如果函数在一点可微的时候
那么函数在这点一定是连续的
因为我们让Δx Δy趋向于零时
那么 这部分极限肯定是零
而后面它是一个高阶无穷小
极限自然是零 也就是
我们就得到 在可微的前提下
那么Δx Δy趋向于零时
我们就知道f(a+Δx,b+Δy)
它的极限值就是f(a,b)
这样我们就得到了函数在一点
可微与连续的关系
连续是可微的必要条件
比如有了这个结论之后
我们自然就会知道这一个函数
在原点是否是可微的
比如说f(x,y)就等于x乘y除上x方加y方
这个是不在原点的情况
在原点我们把它定义成零
那么我们问这个函数
在原点是否可微
现在我们就可以这样说了
因为这个函数我们前面已经讨论过
它在原点是不连续的
所以这个函数在原点就是不可微的
这是函数在一点
可微与全微分的概念
当然从全微分的定义我们知道
如果我们在Δx Δy绝对值
充分小的时候
把这个高阶无穷小部分我们给它丢掉
丢掉就会得到一个近似关系
这个近似关系就表示了
在一点(a,b)附近
我们实际上是可以用一个线性函数
来近似我们这个函数
这实际就是代数问题里面的
线性化思想
如果从几何上看
我们z等于f(x,y)一般的是一张曲面
而如果我们写成z等于f(a,b)
加上后面这个一次项部分
它应该在几何上表示的是平面
也就是有了微分概念之后
从几何上来解释 就是说
在一点附近 我们可以用平面
来近似这张曲面
我们自然要问这张平面是什么
这就是后面我们要介绍的
函数在这一点 就是它的切平面
-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