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 > 多元函数的原函数
好 前面我们给出了
全微分的概念和全微分的计算
接下来我们介绍一个
与一元函数里面概念类似的概念
就是关于原函数的概念
我们看一下
多元函数它的原函数问题
我们先看一个具体的例子
比如说 我们来求一求
求一个函数f(x,y)
使得 就是它的全微分正好等于
x乘上dx加上y乘上dy
也就是说 在这个问题里面
我们知道的 应该是这个表达式
我们要求的实际是一个未知函数
对这个问题
因为根据我们前面微分计算公式
以及简单函数的偏导数
我们知道 如果我取 这个
f(x,y)就等于二分之一x平方
加上y的平方
那么则 偏f偏x就等于x
偏f偏y就等于y
那么这两个一阶偏导数都是连续的
它自然有全微分
而且 它的全微分df(x,y)
根据全微分计算公式
就是它关于x的偏导数
乘上dx 再加上
它关于y的偏导数 乘上dy
换句话说
实际上我们基本是通过观测的方法
得到了这么一个函数
它是满足这个等式的
当然 这就是我们要求的
函数的一个表达式
当然 我们知道 在这个基础上
加上一个任意常数
并不影响它的偏导数的值
也不影响它的全微分的值
所以如果我们要求其它的形式
可以在这个基础上
加上一个常数就可以了
在这个问题里面 这个表达式
我们一般是说 它叫微分形式
所谓微分形式 指的是
从形式上看 它像某一个二元函数
全微分的形式
而如果这个f(x,y)满足这个等式
我们就说f(x,y)是
这个微分形式的一个原函数
一般的 我们可以写成定义的形式
设二元函数u(x,y)和v(x,y)
在D上有定义
如果存在一个二元的可微函数f(x,y)
使得f(x,y)的全微分
正好等于u(x,y)乘上dx
加上v(x,y)乘上dy
在这个区域D上总是成立的
我们就称f(x,y)是
u(x,y)乘dx加上v(x,y)乘上dy
在D上的一个原函数
实际大家看一下
我们给出的并不是一个
多元函数的原函数
给出的是一个微分形式的
原函数的概念
当然 有了这个概念之后
我们自然要问
对于一个微分形式
它是不是总是有原函数的
实际我们的结论是
并不是所有的微分形式
它总有原函数
当然 一个微分形式什么时候有原函数
怎样判断它有没有原函数
这是在后面
我们学习曲线积分时要解决的问题
然后在这个地方 我们可以知道
如果一个微分形式有原函数
它应该满足什么条件
那我们做一个注意事项
就这样说 一般的
u(x,y)乘上dx加上v(x,y)乘上dy
称为微分形式
若二元函数u(x,y) v(x,y)
在D上具有连续偏导数
则u(x,y)dx加上v(x,y)dy
这个微分形式在D上
存在原函数的必要条件是
v(x,y)关于x的偏导数
与u(x,y)关于y的偏导数相等
这是在u v两个二元函数
具有一阶连续偏导数时
这个微分形式具有原函数的必要条件
我们可以做一个简单的证明
因为它如果有原函数
我就不妨假设它的原函数就是f(x,y)
也就是df(x,y)应该就等于
u(x,y)dx再加上v(x,y)dy
根据全微分计算公式
我们知道这个f关于x的偏导数
应该就是dx的系数
也就是u(x,y)
而f关于y的偏导数
应该是dy的系数
也就是v(x,y)
我们给的条件是
u v都具有一阶连续偏导数
那么也就是原来的f
应该是具有二阶连续混合偏导数
所以说 我们对u关于y求偏导
我们就会得到偏方f偏y偏x
也就等于偏u偏y
如果关于v对x求偏导
我们得到就是
偏方f偏x偏y
等于一个偏v偏x
因为f是具有二阶连续混合偏导数
所以说 它混合偏导数的值
与求导顺序无关
也就是这两个应该相等
而这两个偏导数相等
就得到了我们要证的这个必要条件
换句话说 现在尽管我们还不能知道
什么样的微分形式一定具有原函数
但至少我们知道了
什么样的微分形式
它是肯定没有原函数的
如果它不满足必要条件
自然就没有原函数
关于原函数
我们最后举一个例题
我们求两倍的xy加上y方dx
再加上x方加上两倍的xy
加二倍的y dy
求这个微分形式
满足这个条件 也就是
f(x,0)等于零的原函数
实际上 我们知道
原函数一旦有时
它就有无穷多个
实际上 我们就在无穷多个里面
找出满足这个条件的那些原函数
那我们的求解过程
我假设f(x,y)是要求的原函数
那么 根据微分计算公式
我就知道 则
偏f偏x应该等于dx的系数
两倍的xy再加y方
我们在等式两端关于x求原函数
也就是f(x,y)就等于
x平方乘上y再加上x乘上y方
再加上一个与x无关的常数
与x无关当然它可能与y有关系
所以说 我们用c来表示
在这个等式两端
我们再关于y求偏导
所以 关于y求偏导 我们就会得到
偏f偏y应该等于
x方加上两倍的xy
再加上c关于y的导数
但是根据我们的假设
f的全微分是这个形式
那么f关于y的偏导数
应该是dy前面的系数
所以说 它应该还等于
x方加上两倍的xy再加上两倍的y
我们比较一下这两个表达式
我们就知道
这个 c关于y的导数
应该就等于两倍的y
也就是说 我们这个c(y)
就应该等于y方加上c一杠
c一杠表示的是一个
既与x又与y无关的常数
这样子的时候
我们把这个c一杠
代到这个c(y)的表达式里面来
我们知道 我们这个f(x,y)
就等于前面这部分
再加上y方加上c一杠
最后我们看一下这个条件
说y等于零时
它的函数值应该等于零
好 大家把y等于零往这代
前三项都等于零
那么它如果结果等于零
意味着第四项也等于零
实际上 就是这个常数等于零
就满足这个条件
所以我们最后得到的这个微分形式
满足这个条件的原函数
实际上是
x方乘上y加上x乘y的平方
再加上y的平方
我想这是对简单函数
我们怎么去求它的原函数问题
这实际上就借用了
我们一元函数微积分里面
不定积分的方法
关于微分形式的原函数问题
曲线积分部分
还会做进一步的讨论
-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