当前课程知识点:多元微积分(先修课) > 第三章 多元函数的微分及其应用 > 第二节 多元函数的一阶可微性 > 全微分与偏导数的计算
同学 你好
欢迎来到中国大学先修课
《多元微积分》MOOC课堂
我是中国科大 微积分老师宣本金
网上人称“笨笨熊”老师
本讲
我们来学习多元可微函数
全微分和偏导数的计算
前面
我们利用全微分的定义
以及函数可微性的判定
推导了多元可微函数全微分的性质
例如四则运算法则
线性性 复合运算法则
以及全微分的形式不变性
这些性质可以帮助简化
复杂函数全微分和偏导数的计算
那么
如何灵活运用全微分的性质
方便快捷地计算出
多元可微函数的全微分和偏导数
这就是本讲的中心任务
设函数z是变量的函数
其中函数f g h都是可微的
试求函数关于变量x y的一阶偏导数
函数z可以看成一个由三个函数f g h
以及变量x y的复合函数
只是函数与变量之间的复合关系比较复杂
如何计算这个较为复杂函数的偏导数
同学 动手写一下
到学习讨论区 与小伙伴们交流交流
对于这个较为复杂的二元函数
我们首先
选择一些中间变量
理清变量之间的依赖关系
比如 令
v=g(xy)
t=xy s=x+y
进一步地
画出函数的复合关系
函数f依赖于两个中间变量u和v
u和v又分别依赖于变量 x y
这是二元函数与二元函数的复合
函数g依赖于一个中间变量t
t又依赖于变量x和y
这是二元函数与一元函数的复合
函数h依赖于一个中间变量s
s又依赖于变量x和y
这是二元函数与一元函数的复合
那么 函数z是如何依赖于变量x y的
利用函数z的表达式
函数f g和h与中间变量u v s t
以及它们与变量x y的依赖关系
可以画出函数z与
变量x y的依赖关系示意图
由图中可知
由变量z到变量x有3条路径
而从变量z到变量y有4条路径
这对于我们计算偏导数有什么帮助
由前面画出的函数z
与变量x y的依赖关系示意图
以及复合函数求偏导数的链式法则
可以写出函数z关于变量x的偏导数
它是三项之和
也就是
每条从变量z到x的路径
对应着偏导数计算式中的一项
类似地 函数z关于变量y的偏导数
它是四项之和
也就是 每一条从变量z到变量y的路径
对应着偏导数计算式中的一项
最后 注意到
我们这里分别用和
表示二元函数f
对中间变量u v的偏导数
而不是和
这样写的好处是
以后熟练之后
可以不用写出中间变量了
直接写下来 就表示
二元函数f
对它的第一个变量求偏导数
同理 就表示二元函数f
对它的第二个变量求偏导数
而函数g和h是一元函数
与二元函数的复合
所以它们本身的导数是常义导数
不用标注下标
利用全微分的形式不变性
也可以计算二元可微函数的偏导数
对函数等式两边求微分
利用全微分的性质和链式法则
函数z的全微分是四项之和
继续一步一步地计算其中函数的微分
最后 合并同类项
可以得到函数z作为变量
x y的函数的全微分
利用全微分与偏导数之间的关系
可以写出函数z
关于变量x y的一阶偏导数
考察二元分段函数f(x,y)
如果变量x y都等于t
也就是点(x,y)
在一三象限的角平分线上
试求函数z关于变量t的导数
在t=0时的值
这里为什么用的是d
而不是偏导数的符号
怎么计算这个导数值
同学 自己动手计算一下
到学习讨论区 与小伙伴们交流交流
对于这个求导问题
如果按照先求全微分
再由全微分表达式来求出偏导数
是否可行
直接计算偏导数
可得这个函数在原点的
两个一阶偏导数都为零
那么
按照复合函数求导链式法则
函数z关于变量t的导数
在t=0时的值为零
这个算法正确吗
如果我们将变量x和y
都等于t代入二元函数表达式
可以得到一个关于变量t的一元函数
它是一次函数
导数是一个常数
这与上边的计算不一致
为什么
哪个算法是正确的
发生的错误原因是什么
前面第一种算法利用了全微分这个概念
这就要求首先判定二元函数的可微性
那么
这个二元函数在原点可微吗
因为函数在原点处
两个偏导数都为零
因此
考察函数增量Δf
与ρ比值的极限
沿着不同方向趋近于原点
可以发现比值的极限不相等
因此
作为二重极限
函数增量与ρ比值的极限不存在
因此 二元函数在原点不可微
所以
二元函数在原点没有所谓的全微分
前面第一种解法自然不成立
这也提醒我们在使用全微分概念时
必须先判定函数的可微性
本讲
我们利用全微分的的性质
例如 四则运算法则
线性性 复合运算法则
以及全微分的形式不变性
计算了一些较为复杂的
二元显式函数的全微分和偏导数
必须注意的是
在使用全微分概念时
必须先判定函数的可微性
多元函数除了有显式函数之外
还有隐式函数形式
那么如何计算隐式函数的偏导数
有关隐式函数的偏导数的计算
请听下回分解
-第一节 空间直角坐标系
--平面初等几何
--平面解析几何
--空间直角坐标系
--空间图形与方程
-第一节 空间直角坐标系--作业
-第二节 空间向量及其运算
--向量及其几何表示
--向量的代数表示
--向量的数量积
--数量积的应用
--平面方程及其应用
--向量的向量积
--向量积的应用
-第二节 空间向量及其运算--作业
-第三节 空间解析几何
--空间曲面方程
-第三节 空间解析几何--作业
-第一节 多元函数
--平面点集及其分类
--多元函数
-第一节 多元函数--作业
-第二节 多元函数的极限
--二重极限的定义
--二重极限的性质
--二重极限的计算
-第二节 多元函数的极限--作业
-第三节 多元函数的连续性
--多元函数的连续性
-第三节 多元函数的连续性--作业
-第一节 偏导数与方向导数
-第一节 偏导数与方向导数--作业
-第二节 多元函数的一阶可微性
-第二节 多元函数的一阶可微性--作业
-第三节 一阶微分的应用
-第三节 一阶微分的应用--作业
-第四节 多元函数的高阶可微性
-第四节 多元函数的高阶可微性--作业
-多元微分学总结
--多元微分学总结
-第一节 直角坐标系下的二重积分
-第一节 直角坐标系下的二重积分--作业
-第二节 二重积分的计算
--二重积分的换元法
--二重积分计算举例
-第二节 二重积分的计算--作业
-第三节 二重积分的应用
-第三节 二重积分的应用--作业
-第四节 直角坐标系下的三重积分
--三重积分计算举例
-第四节 直角坐标系下的三重积分--作业
-第五节 其它坐标系下的三重积分
-第五节 其它坐标系下的三重积分--作业
-第六节 三重积分的计算与应用
--三重积分的换元法
--三重积分应用举例
-重积分总结
--重积分总结
-第一节 第一型曲线积分及其应用
--平面曲线弧长
-第一节 第一型曲线积分及其应用--作业
-第二节 第一型曲面积分及其应用
--曲面的面积
-第二节 第一型曲面积分及其应用--作业
-曲线曲面积分总结
--曲线曲面积分总结