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复合函数微分法之二

下一节:复合函数求导数(举例)

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复合函数微分法之二课程教案、知识点、字幕

好 前面我们讨论了多元复合函数

它全微分存在的条件

如果我们不要求它的全微分存在

而仅仅要求复合函数的

偏导数是否存在

我们的条件能不能减弱

我们看一下关于复合函数的偏导数

它的存在性问题

实际上 如果我们光要求

复合函数偏导数存在的时候

我们是可以把条件降低一些

降低完之后 我们也写成一个定理

设函数z=f(u,v)可微

二阶函数u=φ(x,y) v=ψ(x,y)

存在偏导数

则由这三个函数得到的复合函数

z=f(φ(x,y),ψ(x,y))

它的偏导数也存在

而且也满足链导法则

也就是偏z偏x等于

偏f偏u在(u,v)点取值

乘上偏φ偏x在(x,y)点取值

加上偏f偏v在(u,v)点取值

再乘上偏ψ偏x在(x,y)点取值

类似的 我们可以得到

偏z偏y等于偏f偏u乘上偏φ偏y

加上偏f偏v乘上偏ψ偏y

偏导数在相应的(u,v)点

或者是(x,y)点取值

这四个偏导数

偏f偏u 偏f偏v是在(u,v)点取值

偏φ偏x 偏ψ偏x是在

(x,y)这一点取值

下面这个表达式里面的

取值的点是类似的

这就是关于多元复合函数

它偏导数的存在性

以及偏导数的计算公式

下面我们看一下这个定理它的证明

因为这个函数f(u,v)它是可微的

所以说 当偏x有了改变之后

它先利用这两个函数

引起了u v的改变

从而导致了这个复合函数

函数值的改变

因为它是可微的

所以说 这个函数值的改变

Δz应该就等于偏f偏u

在(u,v)点取值乘上Δu

加上偏f偏v在(u,v)点取值乘上Δv

再加上ε1乘上Δu

加上ε2乘上Δv

这是函数在一点可微的充分必要条件

然后在这里面 我们两端同除Δx

那么 我们就会得到

偏f偏u在(u,v)点取值

乘上Δu 除上Δx

再加上偏f偏v

再乘上Δv 除上Δx

再加上ε1乘上Δu 除上Δx

再加上ε2乘上Δv 再除上Δx

因为我们说Δu Δv

是因为x从x变成了x加Δx

这时候我们考虑的是偏导数

我们的y是固定不动的

这时候 因为φ和ψ

都是偏导数存在的

所以说 在Δx趋向于零时

这个极限值应该就是

φ和ψ关于x的偏导数值

而这个ε1 ε2它是

在ΔuΔv趋向于零时的无穷小量

因为这个函数

它关于x的偏导数存在

所以说它关于自变量x也是连续的

也就是Δx趋向于零时

Δu是趋向于零的

类似的 这个函数

关于自变量x的偏导数存在

所以说 它关于自变量x也是连续的

Δx趋向于零时

Δv也是趋向于零的

那回到这 也就是Δx趋向于零时

我们能推出Δu Δv趋向于零

所以说这个极限是零

类似的这个极限也是零

这样我们就推出了

在Δx趋向于零时

这个比值的极限应该就是

偏f偏u乘上偏φ偏x

再加上一个偏f偏v再乘上偏ψ偏x

这就是复合函数

关于x的偏导数是存在的

而且它的偏导数值

应该就等于这个表达式的值

如果我们让x固定

而让自变量y从y变成y加Δy的时候

我们重复这一个过程

类似的 就可以得到

偏z偏y 它也是存在的

而且它的值就是

偏f偏u乘上偏φ偏y

再加上偏f偏v乘上偏ψ偏y

所以说 如果我们仅仅要求

复合函数它的偏导数的时候

我们可以把这个复合函数

内层函数的条件

从可微降低到偏导数存在

那当然我们可以提这样的问题

如果我仅仅需要是偏导数的时候

那外层函数这个可微性

我能不能也给它降低到偏导数存在

也就是说 如果外层函数

和内层函数都是具有偏导数的时候

我能不能保证

这个复合函数的偏导数

也一定是存在的

我们看一个具体的例子

这个例子我们就写

f(u,v)等于

在uv乘积不等于零时是一

在uv的乘积等于零时就是零

实际上就是在u轴和v轴上

它的函数值都是零

在其它的地方 函数值等于一

那这个函数 我们自然知道

它在原点关于u 它的偏导数

用定义可以求出来

应该是等于零

而它在原点 关于v的偏导数

用定义求出来 也是零

这是一个

接下来 如果我们说

u是等于x加y

v是等于x减y

那么这两个函数 我们自然知道

偏u偏x在原点(0,0)处

它的导数应该是等于一的

然后偏v偏x它在原点处的导数也是一

当然u v这两个函数

关于y的一阶偏导数

在原点也都是存在的

也就是说 我们有三个函数

它的偏导数都是存在的

现在我们来看看这个复合函数

也就是f(x+y,x-y)

那么它的表达式

咱们看一下 应该是这个样子

也就是在x加y乘上x减y不等于零时

它的函数值是等于一的

如果在x加y乘上x减y等于零时

它的函数值等于零

那么这个复合函数

它的函数的取值

在xy平面上看的时候

应该是这样子的

就是 这个乘积等于零

说明它是在y等于x

或者是y等于负x这两条直线上

它的函数值都等于零

特别的 原点的函数值应该是零

而这个乘积不等于零

说明它等于一

也就是在其它地方

它的函数值都等于一

请大家看一下

过原点 沿着坐标轴变化的时候

在坐标轴上不是原点的点处

函数值都等于一

在原点的值等于零

也就是说这个复合函数

在原点 关于自变量x本身

就没有连续性

关于自变量y也是没有连续性的

那么我们自然就知道

这个复合函数在原点

它关于x的偏导数是不存在的

关于y的偏导数也是不存在的

那这个例子说明什么

也就说 我们只有

函数的偏导数的存在性

我们对它做复合运算的之后

我们不能保证

复合函数仍然还是具有偏导数的

所以说 无论我们求的是全微分

还是求的偏导数

那么在这个求导法则里面

外层函数的可微性

尽管它是个充分条件

但是我们不能把它去掉

如果少了这个可微性

我们就有可能得不到正确的结果

微积分——多元函数与重积分课程列表:

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

--向量的内积与长度-2

--R^n中的点列的收敛性

--内点、外点、边界点-1

--内点、外点、边界点-2

--开集、闭集、区域

--多元函数的有关概念

--二重极限的定义

--二重极限的例题

--二次极限的定义

--连续与一致连续的定义

--连续函数的性质-1

--连续函数的性质-2

--连续函数的性质-3

-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

--混和偏导数与求导顺序无关的条件

-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

--复合函数微分法之一

--复合函数微分法之二

--复合函数求导数(举例)

--隐函数存在定理

--隐函数求导法(举例)

--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

--梯度向量的概念与计算

-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

--映射与连续映射的概念

--映射的导数、微分、雅克比矩阵

--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)

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式-2

--二元函数带有Lagrange型余项的泰勒公式

-第一章 多元函数微分学--第七节练习题

第二章 多元函数微分学应用

-第一节 多元函数微分学的几何应用

--空间曲线的切线与法平面(之一)

--空间曲线的切线与法平面(之二)

--空间曲线的切线与法平面问题举例

--曲面的切平面与法线(之一)

--曲面的切平面与法线(之二)

--曲面的切平面与法线(之三)

--曲面的切平面与法线问题举例

-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

--极值点的概念和必要条件

--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

--二元函数条件极值问题的提法

--三元函数条件极值问题的提法(之一)

--三元函数条件极值问题的提法(之二)

--条件极值问题的直接解法

--条件极值问题的Lagrange解法

--条件极值问题举例

--多元函数在有界闭域上的最值

--最小二乘法

-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题

第三章重积分

-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

--关于二重积分性质的例题

-第二节 二重积分的计算

--二重积分的计算:直角坐标系(1)

--二重积分的计算:直角坐标系(2)

--二重积分的计算:直角坐标系(3)

-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

--二重积分的一般坐标变换公式

--二重积分的计算:极坐标系

--二重积分的计算:极坐标系例题

--二重积分的计算:一般坐标系例题

-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

--三重积分的计算:例题(1)

--三重积分的计算:例题(2)

--空间坐标变换

--空间柱坐标系

--空间柱坐标系例题(1)

--空间柱坐标系例题(2)

--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

--第一类曲线积分的引入

--第一类曲线积分的定义

--第一类曲线积分的性质

--第一类曲线积分的计算公式

--第一类曲线积分的计算例题

-第三章重积分--第五节 练习题

-第六节 第一类曲面积分

--第一类曲面积分的引入

--第一类曲面积分的定义

--第一类曲面积分的性质

--第一类曲面积分的计算公式

--第一类曲面积分的计算例题(1)

--第一类曲面积分的计算例题(2)

-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

--广义含参积分的连续性和积分导数

-第三章重积分--第七节 练习题

第四章 向量分析

-第一节 第二类曲线积分

--第二类曲线积分的引入

--第二类曲线积分的定义

--第二类曲线积分的性质第二类曲线积分的性质

--第二类曲线积分的性质

-第四章 向量分析--第一节 练习题

-第二节 Green公式及其应用

--平面第二类曲线积分:Green公式

--平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式

-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

--第二类曲面积分的引入

--第二类曲面积分的定义与性质

--第二类曲面积分的计算

-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

--第二类曲面积分的计算:Gauss公式

--Stokes公式及其应用

-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

第五章 常微分方程

-第一节 微分方程的基本概念

--微分方程概念举例

--微分方程的基本概念

--一阶微分方程定解问题解的存在唯一性

-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

--可化为齐次型方程的方程

--一阶线性微分方程的概念和解的性质

--一阶线性微分方程的解法

--Bernoulli方程

--可降阶方程(之一)

--可降阶方程(之二)

-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

--线性微分方程解的性质

--函数组线性相关(无关)的概念

--函数组线性相关的必要条件

--线性微分方程解函数组线性相关的判别法

--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

--视频5--17 二阶线性齐次微分方程的特征法

--n阶线性齐次微分方程的特征法

-- 线性齐次微分方程的特征法举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法(之二)

--欧拉方程

--欧拉方程举例

-第五章 常微分方程--第四节 练习题

复合函数微分法之二笔记与讨论

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