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 > 可微的必要条件
好 前面我们给出了全微分的概念
从定义我们可以看到
如果对具体的函数
我们总是用全微分的定义去求全微分
应该是一件比较麻烦的事情
因为在前面 我们曾经介绍了这个函数
这个函数在二元函数里面
当然是一个简单函数
但即使是这个简单函数
我们用定义去求它的全微分
也是很麻烦的事情
那为此 我们给出一个一般的结果
这个结果也就是
函数在一点可微的条件
给出的是全微分计算公式
我们写成一个定理
这个定理是这样说的
若二元函数f(x,y)
在(a,b)这一点处是可微的
那么 这个函数在(a,b)这一点
关于x和关于y的一阶偏导数
都是存在的 而且
它在这一点全微分值就等于
它在这点关于x的一阶偏导数值
乘上dx 再加上
它在这点关于y的一阶偏导数值
乘上dy
也就是我们全微分里面
Δx Δy的组合系数
正好是这个函数在这一点的
一阶偏导数值
dx dy因为x y是自变量
所以说 dx就是Δx
dy就是Δy
那么从这个定理我们可以看出
在可微的前提下
全微分的计算问题实际上就转化成了
偏导数的计算问题
也就是在我们的全微分定义里面
自变量改变量的线性组合的组合系数
正好是这个函数在同一点
关于x和关于y的一阶偏导数值
所以有了这个结论之后
我们全微分的计算问题
从理论上就算解决了
下面我们给出这个定理的一个证明
因为 这个函数f(x,y)
在(a,b)是可微的
也就是 它在这点函数值的改变量
f(a+Δx,b+Δy)减掉f(a,b)
可以写成 这是AΔx加上BΔy
其中大A大B是与Δx Δy无关的数
它当然可以与(a,b)这一点有关
后面是一个小o
我们直接写成这个具体的形式
Δx的平方加上Δy的平方
那么我们是要说 这个时候
它的两个偏导数都存在
偏导数 我们考虑让Δy等于零
也就是我把y固定 只让x变
这时候我们就会得到
f(a+Δx,b)减掉f(a,b)
在这里面Δy等于零
也就等于A乘上Δx
这个地方也就是小o(Δx)
那么由这个关系式
我们直接就可以得到这个结论
在Δx趋向于零时
我们的f(a+Δx,b)减掉f(a,b)
除上Δx
也就是这部分除上Δx
A是与Δx无关的
所以说它的极限就是它自己
而后面这部分是Δx高阶无穷小
除上Δx之后极限自然是零
所以这样我们就得到了
这个比值的极限存在 就等于A
按照偏导数的定义 也就是说
它在(a,b)这点的偏导数存在
它的值就是A
类似的 我们如果令Δx等于零
那么这个表达式
自然就会得出这个样子 也就是说
我如果令Δy趋向于零的时候
我的f(a,b+Δy)减掉f(a,b)除上Δy
然后我们看一下 Δx等于零
这一项就是零
而这一项就直接成了Δy的高阶无穷小
所以说这个地方就变成了
B乘上Δy除上Δy的极限自然是B
Δy的高阶无穷小除上Δy的极限是零
所以这一个就等于B
所以我们就证明了
两个一阶偏导数都存在
那么根据微分定义 它说了
它在这点的全微分应该是
AΔx再加上B乘上Δy
也就是偏f偏x(a,b)乘上Δx
再加上偏f偏y(a,b)再乘上Δy
因为x y是自变量
所以它们的改变量
自然可以用它们的微分值来代替
这样我们就得到了我们要证的
全微分的计算公式
这是这个定理的证明
在这个定理的证明过程中
只用到了什么叫可微
什么叫偏导数
以及什么叫全微分
用的是基本概念
那有了这个结论之后
我们做一个例题
这个题目是这样子的
如果(x,y)不在原点取值时
我们这个函数是
x方乘上y除上x方加y方
如果(x,y)在原点取值时
我们把它取成零
对这个函数
现在我们来讨论它两个性质
一个就是讨论它的连续性
再一个是讨论它在原点是不是可微
我们做这两件事的时候
先说连续性
连续性大家看一下
因为f(x,y)的绝对值
也就是等于这个东西的绝对值
它实际上是小于等于y的绝对值的
那么在x y都趋向于零时
函数值自然是趋向于零
正好是趋向于它在原点的函数值
有了这个结论之后 我们就知道
这个函数在原点应该是连续的
第二个事情 我们来讨论它的可微性
怎么讨论
现在我们有了这个微分计算公式之后
我们可以这样来做
因为这个函数 它在原点的偏导数
我们用定义去求
那么求关于x的偏导数
就让y先等于零固定
很容易就看到这个偏导数它实际存在
它的值是零
我们再求这个函数在原点
关于y的偏导数
仍然用偏导数的定义
我们能求出来它也是等于零
有了偏导数值之后
我们结合着全微分的计算公式
我们现在是不是可以这样想
就是我们证明
这个函数在原点是否可微
就等价于证明这个函数
在原点的函数值的改变量
是不是等于这个
零乘上Δx加上零乘上Δy
再加上小o 就是
Δx平方再加上Δy平方开方
因为根据全微分的计算公式
如果它可微的时候
它的全微分Δx Δy的组合系数
一定是偏导数值
所以说可微的时候
这个等号一定成立
反过来 如果这个等号不成立
它一定是不可微的
那么对这个具体的函数来说
这个函数值的改变量
我们是可以求出来的
实际上改变量也就是
Δx的平方乘上Δy
再除上Δx的平方加上Δy的平方
它是不是等于这个距离的高阶无穷小
就是看它除上这个距离之后
是不是还是无穷小量
也就是在Δx Δy趋向于零时
现在的问题就是求这个表达式的极限
如果它是零说明这个等式成立
说明函数在原点是可微的
如果这个不等于零
说明这个等式不成立
也就是说它是不可微的
实际上 大家看一下
我只要令Δy和Δx相等
那么 下面出来的应该是
两倍的这个的平方再开方
那这个倍数我们不看
我们只看这个Δx的方次
出来的应该就是
Δx的绝对值的三次方这个量次
上面Δx和Δy相等的时候
出来的也是Δx的三次方这个方次
这样子的时候 大家知道
无论如何 在这种情况下
这个极限是不会等于零的
也就是说 我们这样做
考虑Δx趋向于零Δy等于Δx时
上面出来的应该是Δx的三次方
底下出来的应该是一个二倍根下二
这个是Δx绝对值的三次方
这个极限我们知道在
Δx趋向于零时是不等于零的
这样就证明了这个等式不成立
所以函数在原点是不可微的
实际上这个例题的考虑方法
也是我们处理简单函数
在一点是否可微的一个常用方法
也就是说 有了全微分
与偏导数的关系之后
我们考虑一个函数是否可微
先利用偏导数值
把它的线性组合部分给找出来
去看一看 就是说 函数值的改变量
减掉这个自变量改变量的线性组合部分
是不是距离的高阶无穷小
-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