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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
我们对多元函数的微分学做个总结
在本章里
我们将一元函数微分学的思想和概念
升级拓展到多元函数情形
探究了多元函数微分学
从一元情形到多元情形的推广
一般有两种推广方式
即控制变量法和整体分析法
利用控制变量法
可以将多元函数直接约化为一元函数
再考虑一元函数的导数
这样就得到多元函数的
偏导数和方向导数等概念
它们刻画的是
函数随一个变量变化而变化的情况
而整体分析法
是采用一元函数微分的思想本质
对多元函数讨论全微分 梯度
以及高阶微分等概念
它们刻画的是
函数在某点附近
随所有变量变化而变化的整体性质
当然
在计算层面上看
在函数可微的前提下
偏导数和方向导数
可以用来帮助计算全微分
梯度和高阶微分等
一元函数的一阶导数
是刻画函数随自变量的变化率
而二元函数的两个一阶偏导数
分别刻画二元函数随一个变量的变化率
个数上与自变量的个数一致
所以 对于更多变元的函数
就有更多个一阶偏导数
函数一阶导数的导数
就是二阶导数
多元函数的一阶偏导数的偏导数
就是二阶偏导数了
此时
二阶偏导数的个数又翻倍了
在函数二阶偏导数连续的前提下
混合二阶偏导数与求导的顺序无关
一元函数可微
当且仅当函数的增量
可以写成自变量增量的常数倍
加上一个高阶无穷小量
一元函数可微
就等价于函数可导
函数的微分就等于导数乘以自变量的微分
多元函数可微
当且仅当函数的增量
可以写成每个自变量增量的线性组合
加上一个高阶无穷小量
多元函数的全微分
等于自变量微分的线性组合
一元函数的微分与二元函数的全微分
具有类似的几何意义
由一元函数微分的计算公式
立刻可以写出切线的方程
而由二元函数全微分的计算公式
立刻可以写出切平面的方程
微分与导数的定义式
不仅给出函数可微和可导的判定
它们也是计算微分和导数的基本方法之一
特别是分段函数微分和导数的计算
一般需要借助于定义式
微分与导数的性质
例如
四则运算法则 线性性 复合运算法则
以及一阶形式不变性等
都是可以用来进行微分和导数的计算
这就要求我们在实际计算时
要主动 灵活地运用恰当的性质
简化计算
不管是一元函数
还是多元函数
它们的微分与导数
都可以用来刻画函数的性态
例如
函数的变化率 曲线的切线 曲面的切平面
切线和切平面都是体现出
微积分学的“以直代曲”的核心思想
利用函数的高阶微分与高阶偏导数
可以对函数作泰勒多项式展开
也就是以多项式函数
来近似一般的高阶可微函数
一阶全微分公式
以及泰勒多项式展开式
都可以用来对函数作
近似计算和误差估计
随着利用函数导数阶数的提高
一般而言
近似计算的精度会得到提高
近似计算的速度会下降
为了计算多元函数的极值与最值
首先
令函数的一阶偏导数等于零
得到驻点方程组
求解可得驻点
而验证驻点为极值点
则需要用到函数的二阶或更高阶的偏导数
微分学总体上
是一个见微知著的过程
也就是
利用函数的局部性质
刻画整体性质
以简单函数
例如一次函数和多项式函数
局部近似复杂函数
产生的误差是高阶无穷小量
一般可以略去
这也体现了“取舍”的问题
当然
只要取舍得当
也就要保证舍去的是高阶无穷小量
我们就可以得到一个精度较高的近似
这也是“有舍才有得”
这个过程反过来
我们就需要学习积分了
那么如何将一元函数的积分学
升级到多元函数的积分学
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









