第二节 偏导数与全微分

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多元函数微分学. 第二节 偏导数与全微分. 设 z=f(x,y) 在点 的某邻域内有定义 , 当 y 固定在 时 , 得一元函数 ,. z=f(x,y) 在点 处对 x 的偏导数. 类似的 , z=f(x,y) 在点 处对 y 的偏导数. 第二节 偏导数与全微分. 一 . 偏导数. 1. 偏导数的定义. 定义. 例如 : 求 时 , 只要将 y 视为常数 , 求 f(x,y) 关于 x 的导数. 注 :. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 第二节 偏导数与全微分

第二节 偏导数与全微分

Page 2: 第二节 偏导数与全微分

第二节 偏导数与全微分一 .偏导数1. 偏导数的定义定义设 z=f(x,y) 在点 的某邻域内有定义 , 当 y 固定在 时 ,

得一元函数 ,

),( 00 yx 0y

),( 0yxf

x

yxfyxxfx

),(),(lim 0000

0

z=f(x,y) 在点 处对 x 的偏导数 ),( 00 yx

),( 00 yxf x),( 00 yxx

z

),( 00 yxx

f

类似的 , z=f(x,y) 在点 处对 y 的偏导数 ),( 00 yx

y

yxfyyxfy

),(),(lim 0000

0),( 00 yxf y

),( 00 yxy

z

),( 00 yx

y

f

Page 3: 第二节 偏导数与全微分

注 :(1). 若二元函数 z=f(x,y) 在 D 内每一点都有偏导数 , 则此偏 导数也是 x,y 的函数 -------- 偏导函数 .

,......,,, yxyx zzff ,......,,,y

f

y

z

x

f

x

z

(2). 二元函数偏导数定义可以推广到更多元 .

例如 : u=f(x,y,z)

x

zyxfzyxxfzyxf

xx

),,(),,(lim),,( 000000

0000

(3). 由偏导数定义 , 一元函数的求导法则可用于求偏导数 .

例如 : 求 时 , 只要将 y 视为常数 , 求 f(x,y) 关于 x 的导数 .xf

Page 4: 第二节 偏导数与全微分

例 1.22),( yxyxyxf 求 )2,0(yf)1,0(xf

221

yx

xf x

221

yx

yf y

,1)1,0( xf 0)2,0( yf

例 2.xyzu 求偏导数

y

u

z

u

x

u

yzz xy )(ln xzz xy )(ln 1 xyxyz

0,0

0,),(

22

2222

yx

yxyx

xyyxf例 3. 求 )0,0(yf)0,0(xf

分段点处偏导数要用定义求

)0,0(xf 0)0,0()0,0(

lim0

x

fxfx

)0,0(yf 0)0,0()0,0(

lim0

y

fyfy

Page 5: 第二节 偏导数与全微分

例 4. ||||),( yxyxf 在 (0,0) 点是否连续 ? 是否有偏导数 ?

)0,0(0),(lim00

fyxfyx

故在 (0,0) 点连续 .

由定义易知在 (0,0) 点偏导数不存在 .

注意 :对于一元函数 , 可导必连续 . 而对于多元函数 , 从以上两例可看出函数连续与偏导数存在没有必然的联系 .

2. 偏导数的几何意义),( 00 yxf x 表示曲面 z=f(x,y) 与平面 的交线 L 在点 处的切线 对 x 轴的斜率

0yy )),(,,( 00000 yxfyxM xTM 0

tan

),( 00 yxf y 表示曲面 z=f(x,y) 与平面 的交线 L 在点 处的切线 对 y 轴的斜率

0xx )),(,,( 00000 yxfyxM yTM 0

tan

Page 6: 第二节 偏导数与全微分

二 .高阶偏导数

二元函数 z=f(x,y) 的偏导数 仍为 x, y 的函数 .yx ff ,

它们的偏导数称为 z=f(x,y) 的二阶偏导数 .

;)(2

2

xxxx fzx

z

x

z

x

;)(2

xyxy fzyx

z

x

z

y

;)(2

yxyx fzxy

z

y

z

x

.)(2

2

yyyy fzy

z

y

z

y

混合偏导数

类似的定义三阶以上偏导数

Page 7: 第二节 偏导数与全微分

定理 若 z=f(x,y) 的二阶混合偏导数 在 (x,y) 连续 ,则

yxxy ff ,

yxxy ff ( 适用于三阶以上 )

例 5.x

yz arctan 求

yx

z

xy

z

22

,

)()(1

12

2 x

y

xyx

z

222

222

)( yx

xy

xy

z

yx

z

2

xxyy

z 1

)(1

1

2

,22 yx

y

,22 yx

x

Page 8: 第二节 偏导数与全微分

例 6. 13 323 xyxyyxz

求 3

3

2

222

2

2

,,,,x

z

y

z

yx

z

xy

z

x

z

,33 322 yyyxx

z

xxyyxy

z

23 92

22

2

6xyx

z

xyxy

z182 3

2

2

196 222

yyx

xy

z

23

3

6yx

z

yx

z

2

Page 9: 第二节 偏导数与全微分

三 . 全微分的概念

1. 全增量 :设 z=f(x,y) 在点 P(x,y) 的某邻域内有定义 ,

),(),( yxfyyxxfz 全增量2. 定义 : 如果 z=f(x,y) 在点 (x,y) 的全增量

),(),( yxfyyxxfz 可以表示为)( yBxAz

仅与 x,y 有关 22 )()( yx

则称 z=f(x,y) 在点 (x,y) 可微分

yBxA 称为 z=f(x,y) 在点 (x,y) 的全微分dz

Page 10: 第二节 偏导数与全微分

注 :(1). 若函数在区域 D 内处处可微分 , 则称它在 D 内可微分 .

(2). 可微分一定连续 .

0)]([limlim00

00

yBxAzyx

yx

(3). 全微分特征 :

全微分是自变量增量的线性函数 ;

全微分与全增量之差是比 高阶的无穷小 )0(

Page 11: 第二节 偏导数与全微分

注 : (1). 与一元函数类似 : dyy

zdx

x

zdz

(2). 此定理反之不然 , 这是与一元函数的区别 .

例如 :

0,0

0,),(

22

22

22

yx

yxyx

xy

yxf

0)0,0()0,0( yx ff 但是函数在 (0,0) 不可微 .

22 )()(])0,0()0,0([

yx

yxyfxfz yx

)0).((

四 . 全微分与偏导数的关系定理 1( 可微的必要条件 )

若函数 z=f(x,y) 在点 (x,y) 可微分 , 则称它在该点的偏导数必存在 , 且

yy

zx

x

zdz

Page 12: 第二节 偏导数与全微分

以上所有的全微分定义及定理都可以推广到二元以上

定理 2( 可微的充分条件 )

若函数 z=f(x,y) 的偏导数在点 (x,y) 连续 , 则函数在该点可微 .

注意 : 反之不然 .

例如 :

0,0

0,1

sin)(),(

22

2222

22

yx

yxyx

yxyxf

在点 (0,0) 处可微 , 但偏导数不连续 . ( 证明略 )

Page 13: 第二节 偏导数与全微分

例 6. 求 在 (2,1) 点的全微分xyez

,xyyex

z

例 7. 求 的全微分yzey

xu 2

sin

xyxey

z

,2

12

ex

z

yx

,2 2

12

ey

z

yx

dyedxedz 22 2

,1

x

u,

2cos

2

1 yzzey

y

u

yzye

z

u

dzyedyzey

dxdu yzyz )2

cos2

1(

Page 14: 第二节 偏导数与全微分

注意一元函数与多元函数各种状态之间的区别

一元函数 : 可导 可微

连续

多元函数 :

可偏导

可微

连续

偏导数连续

Page 15: 第二节 偏导数与全微分

练习

2

22222

2

2222

2

223

2

223

2

2222

2

2232

cos)(2sin3

,cos2sin2

,cos2sin

z

yxyxxy

z

yxzxy

z

u

z

yxzxy

z

yxxyz

y

u

z

yxzyx

z

yxzy

x

u

z

u

y

u

x

u

z

yxzxyu

,,,sin.12

2232 求

Page 16: 第二节 偏导数与全微分

.cossin1

sin

,sincossin

,cos1

sin1

,sin1

cos

322

2

2

22

2

x

y

x

y

x

y

xx

y

x

y

yx

z

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

z

x

y

xx

y

xy

z

x

y

xx

y

y

z

yx

z

y

z

x

y

x

yxz

2

2

2

,,cossin.2 求

Page 17: 第二节 偏导数与全微分

.dlnddd

.ln

,

,1

1

2

1

1

22

1

11

zy

x

y

xy

y

x

y

xzx

y

x

y

zz

y

x

y

x

z

u

y

x

y

xz

y

x

y

xz

y

u

y

x

y

z

yy

xz

x

u

zzz

z

zz

zz

zy

xz

z

d,.3 求