混合偏导数怎么求,详细步骤和常见问题解答让你轻松掌握求导技巧

阐述 设函数 Z = f(x,y)在点(,)某一邻域内有定义,当 y 固定在 而x在 处有增量时,相应的函数有增量 f(+ ) – f(,),倘若此增量比的极限存在,则此极限定义为函数 f(x,y) 在点(,)处关于 x 的偏导数,记作

倘若函数 f( x , y)在区域 D 内的任意一点( x, y )关于 x 的偏导数都存在,那么这个偏导数就构成了一个关于 x、y 的函数,此时它被称为函数 z = f ( x , y ) 关于 x 的偏导函数,记作

同理,可以引出函数 Z = f ( x , y ) 关于 y 的偏导数的定义,记作

多元函数的偏导数有时也简称为偏导数

上述定义揭示,在计算多元函数对某一自变量的偏导数时,我们只需将其他自变量视为常量,然后直接运用一元函数的求导法则,即复合函数的求导方法来进行求解

求解 Z = f ( x , y ) = + 3xy + 在点(1,2)处的偏导数

解:将 y 视为常量,对 x 进行求导:( x , y ) = 2x + 3y

将 x 视为常量,对 y 进行求导:( x , y ) = 3x + 2y

将(1,2)代入,得到:

( 1,2 )= 2*1 + 3*2 = 8 , ( 1,2 )= 3*1 + 2*2 = 7

一元函数的导数在几何意义上代表平面曲线在某个点的切线斜率,那么二元函数的偏导数在几何上表示什么呢?

假设(,, f(,)) 是曲面 Z = f( x , y ) 上的一点,那么偏导数( x , y ) 就是曲面被平面 y = 所截出的曲线在点处的切线对 x 轴的斜率

偏导数( , ) 则表示曲面被平面 x = 所截出的曲线在点 处的切线对 y 轴的斜率

在一元函数的理论中,如果函数在某点可导,那么它在该点必定连续,对于多元函数,是否也存在类似的性质呢?

对于多元函数来说,即便函数的各个偏导数都存在,也不能确保函数在该点连续

证明函数

证明:=

=

= 0

=

=

= 0

由于极限不存在,f ( x , y ) 在 ( 0 , 0 )不连续

高阶偏导数

设函数 f ( x , y ) 在区域 D 内具有偏导数

, ,

那么在 D 内 ,都是 x , y 的函数,

如果这两个函数的偏导数同样存在,那么它们被称为函数 z = f ( x , y ) 的二阶偏导数

根据对变量求导顺序的不同,可以得出以下四个二阶偏导数:

= =

= =

= =

= =

其中第二、第三两个偏导数被称为混合偏导数

类似地,我们可以定义三阶、四阶…以及 n 阶偏导数,我们将二阶及二阶以上的偏导数统称为高阶偏导数

例:

定理 如果函数 f ( x , y ) 的两个二阶混合偏导数 、在区域 D 内连续,那么在该区域内有 =

推广 高阶混合偏导数在偏导数连续的条件下与求偏导的次序无关

高阶导数实际上也是一元函数求导的延伸

1、z = f ( x , y ) 在点(,)处的梯度

gradf( , ) = +

注:拿两个偏导数分别乘以自变量

2、u = f ( x, y, z)在点(,,)处的梯度

gradf(,,) = ++

注:i,j,k分别代表x轴、y轴、z轴上的单位向量

例 f ( x, y, z) = , 求 gradf(1, 1, 1)

解:gradf(x, y, z) = ++

= 2xi + 2yj + 2zk

gradf(1, 1, 1) = 2i + 2j + 2k

= {2, 2, 2}

铁板温度:T = 80 – — x

蚂蚁落在 M(1, 1)处的逃生方向和逃生路线?

温度增加最快的方向是梯度方向,温度减少最快的方向是梯度的反方向

M的切线的法线方向,从温度高的一侧往温度低的一侧

设逃生路线方程为 F(x, y) = 0 , 任意点处的切向量(dx, dy) 平行于gradT (两个向量平行,对应坐标成比例 )

4x + 1 =

代入 (1, 1)点得 C = 5

即逃生方向为 4x + 1 = (应该是一个抛物线的一部分)

到这里线性代数、微积分、概率论等知识点大致学习完毕,下一篇将开始学习python的相关知识。数学的知识点虽然大致学习完了,但是有很多内容理解得不够深入,需要在后续的学习中慢慢领会,相信通过不断的练习,会逐渐掌握并融会贯通的