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复合函数求导数(举例)

下一节:隐函数存在定理

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复合函数求导数(举例)课程教案、知识点、字幕

好 我们已经给出了在不同条件下

复合函数求偏导数运算的有关结论

接下来 我们就利用所谓的链导法则

来求几个具体的

复合函数的偏导数问题

第一个例题

我们假设f(u,v)

就等于u方加上v方减一

其中 u就等于x倍的e的y次方

v就等于两倍的x加y

现在我们假设由这三个函数

得到了一个复合函数

我们来求一求偏z偏x和偏z偏y

因为u v这个函数

是一个简单的多项式函数

所以说 它在每一点都是可微的

而u v关于x y的函数

也都是初等函数

所以说它们的可微性也是没问题的

那么在这个题目里面

我们知道我们直接就利用链导法则

来求这两个偏导数就行了

所以我们解的时候

偏z偏x应该等于偏f偏u

也就等于两倍的u

再乘上偏u偏x

也就是e的y次方

再加上偏f偏v

也就是两倍的v

再乘上偏v偏x

也就是乘上一个2

最后我们把u v与x y的关系代进去

也就是两倍的x e的2y次方

再加上一个四倍的

括号里面是2x加y

这就是这个复合函数

关于x这个自变量的偏导数

同样的 我们可以得到

偏z偏y 它就等于偏f偏u

也就是两倍的u

乘上偏u偏y

也就是x倍的e的x次方

再加上偏f偏v 两倍的v

再乘上偏v偏y 就是乘上一

当然 大家也可以把u v

与x y的关系代进去

就会得到最后的表达式

我想 这就是简单的复合函数

怎么样利用链导法则来求偏导数

第二个例子

我们看一下

如果是这样子 就是说

z等于f(x+y,x-y)

而且我们这个函数是一个可微函数

我们怎么样来求z关于x的偏导数

实际上 这个就直接用

复合函数的链导法则就行了

因为外层函数f是可微的

而里面中间变量分别是

u等于x加y和v等于x减y

所以说 我们如果用这个

u表示x加y v表示x减y

那么偏z偏x就等于

偏f偏u 乘上偏u偏x 就是一

再加上偏f偏v 乘上偏v偏x 还是一

偏z偏y就等于一个

偏f偏u 乘上偏u偏y 是一

再加上偏f偏v 乘上偏v偏y 是负一

所以我们这个地方就是减号 乘上一

其中 这个偏导数

应该是在相应的点

u等于x加y和v等于x减y

这个地方取值

这也是简单复合函数

直接用链导法则求

我们看第三个例题

也就是z等于f(xy,x/y)

也就是f是个二元函数

而在它的变量位置上

出现的不是自变量 而是表达式

我们的条件是

f这个函数是具有

二阶连续偏导数

加上这个条件

现在我们来求

偏方z偏y偏x

求它的二阶混合偏导数

我们做的时候 我们还是记

u就表示x乘y

v就表示x除y

那么 我要求二阶混合偏导数

必须先求偏z偏x

这个一阶偏导数

那么根据复合函数的链导法则

也就是偏f偏u 乘上偏u偏x 是y

再加上偏f偏v 再乘上

偏v偏x 应该就是y分之一

其中 偏导数是在(u,v)这一点取值

那我们求二阶混合偏导数

偏方z偏y偏x

也就是对这个表达式

关于y再求偏导

对于第一部分

理解成两个因子相乘求偏导

那么y关于y求导 是一

第二个不动 也就是偏f偏u不动

再加上y不动

这一个 关于y求偏导

这时候请大家注意

它的变量是u v

所以说 这仍然是个复合函数

然后我们求的时候用链导法则

也就是 乘上它先关于u求偏导

这个地方乘上u关于y求偏导

u关于y求偏导是x

再加上我们这个函数关于v求偏导

这就是先u后v的二阶混合偏导数

再乘上v关于y求偏导

应该乘上的是一个

负的y方分之x

这就是这一项关于y的偏导数

后面这一项类似的处理

我们先对它求导

也就是减掉y方分之一

另外一个项不动

再加上y分之一不动

这一项关于y求偏导

仍然利用复合函数的链导法则

我们会得到

偏方 就是 偏u偏v

再乘上偏u关于y求偏导 是x

再加上偏方f偏v方

再乘上v关于y求偏导

应该是一个 乘上负的y方分之x

那最后 大家整理一下

因为我们给的是

f具有二阶连续混合偏导数

所以说 这一个混合偏导数的值

与这个混合偏导数的值

应该在同一个点是相等的

根据这个性质

这个表达式可以做一点点化简

这个请同学们作为练习

做一个化简

这是第三个例题

最后一个例题 我们来看一下

如果我们这个函数

f(x,y)是z等于这个函数

它是可微的

现在我们要把这个东西

也就是偏f偏x平方

加上偏f偏y的平方

这是一个表达式

把这个表达式化成是极坐标形式

这个问题指的是

就是说 它本来是在

直角坐标系下的一个代数表达式

那我们相当于做了坐标变换

或者叫变量替换

最后把对x和y的偏导数

转化成关于极坐标r和θ的偏导数

那我们做这个问题 也就是这样

z等于f 根据直角坐标与极坐标的关系

我们可以写成 这就是r乘cosθ

这个地方就是r乘sinθ

所以说 我们两边关于r求偏导

应该就等于

偏f偏x x关于r求偏导 就是cosθ

再加上偏f偏y

再乘上y 关于r求偏导 就是sinθ

类似的 我们偏z偏θ

也就等于偏f偏x

x关于θ求偏导

应该乘上负的r倍的sinθ

再加上偏f偏y

y关于θ求偏导 也就是乘上rcosθ

那我们为什么想到 就是

在这个地方关于r和θ求偏导

因为只有这种运算

我们才有可能

把f关于直角坐标x y的偏导数

与我们最后的复合函数

关于极坐标r θ的偏导数联系起来

在这里面 我们把

偏f偏x 偏f偏y作为未知量

这应该就是一个线性方程

然后我们把这个线性方程解出来

偏f偏x应该就等于偏z偏r 乘上cosθ

再减掉偏z偏θ

乘上r分之一倍的sinθ

类似的 我们另外一个未知量偏f偏y

也能做的出来

它应该等于偏z偏rsinθ

再加上一个偏z偏θ

乘上r分之一倍的cosθ

那我们看一下

在这个等式两端我们做平方求和

那么左边出来的就是这个表达式

而右边我们有这个平方和

加这个平方和

用cos方加sin方等于一

所以说 它出来了一项

就是偏z偏r的平方

然后第二项

这个的平方跟这个的平方

我们仍然利用sin方加cos方等于一

我们会出来这一项

就是r方分之一偏z偏θ的平方

最后我们做平方的时候

这个交叉乘积项

是一个负的两倍的

这一项跟这一项的乘积

而这一个的交叉乘积项

应该是正的两倍的

这一项跟这一项的乘积

而这两项正好是互为相反数

一正一负 加起来消掉

所以最后

我们把这个直角坐标系下的

表达式转化成极坐标下

应该就是这个形式

实际上 这个例题主要是想告诉大家

就是我们有了坐标变换之后

我们可以利用复合函数的微分法

将带有导数运算的表达式进行变形

如果刚开始我们的形式

并不熟悉的时候

我们可以进行变换

当然 一般要对这个问题做一定的分析

知道选什么样的坐标变换

才能化简

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

复合函数求导数(举例)笔记与讨论

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