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第八章 多元函数微分法及其应用
一、多元函数的基本概念
1、平面点集,平面点集的内点、外点、边界点、聚点,多元函数的定义等概念
2、多元函数的极限
(或)的定义
掌握判定多元函数极限不存在的方法:
(1)令沿趋向,若极限值与k有关,则可断言函数极限不存在;
(2)找两种不同趋近方式,若存在,但两者不相等,此时也可断言极限不存在。
多元函数的极限的运算法则(包括和差积商,连续函数的和差积商,等价无穷小替换,夹逼法则等)与一元类似:
例1.用定义证明
例2(03年期末考试 三、1,5分)当时,函数的极限是否存在?证明你的结论。
例3 设,讨论是否存在?
例4(07年期末考试 一、2,3分)设,讨论是否存在?
例5.求
3、多元函数的连续性
一切多元初等函数在其定义区域内都是连续的,定义区域是指包含在定义域内的区域或闭区域。
在定义区域内的连续点求极限可用“代入法”
讨论函数在(0,0)处的连续性。
(06年期末考试 十一,4分)试证在点(0,0)不连续,但存在一阶偏导数。
例3.求 例4.
4、了解闭区域上商连续函数的性质:有界性,最值定理,介值定理
二、多元函数的偏导数
二元函数关于的一阶偏导数的定义(二元以上类似定义)
如果极限存在,则有
(相当于把y看成常数!所以求偏导数本质是求一元函数的导数。)
如果极限存在,则有
对于分段函数,在分界点的偏导数要用定义求。
例1(08年期末考试 一、3,4分)已知,则
例2 (06年期末考试 十一,4分)试证在点(0,0)不连续,但存在一阶偏导数。
例3 设,求。
例4 设,求。
例5(03年期末考试,一、2,3分) 设,则在(1,2)的值为( )。
二元函数关于的高阶偏导数(二元以上类似定义)
,
定理:若两个混合二阶偏导数在区域D内连续,则有。
例1.设,其中为常数,求:。
例2.设,求。
3、在点偏导数存在在点连续(07年,04年,02年等)
4、偏导数的几何意义:表示曲线在点处的切线与x轴正向的夹角。
三、全微分
1、在点可微分的判定方法
若,则可判定在点可微分。其中
例1.(08年期末考试 十二、6分)证明函数在(0,0)处可微,但偏导数在(0,0)处不连续。
例2 (07年期末考试 七、6分),证明:(1)函数在(0,0)处偏导数存在;(2)函数在(0,0)处不可微。
2、全微分的计算方法
若在可微,则有
其中的求法可以结合复合函数或者隐函数求导。
例1(08年期末考试,一,1,4分) 设,则
例2(07,04年期末考试,二,1,3分)设求。
例3 (06年期末考试,二、2,3分)设,则
例4 (03年期末考试,二、2,3分)函数在点(1,0,1)处的全微分为
例5.设,,,求函数:对变量的全微分。
3、多元函数的全微分与连续,可偏导之间的关系(07年,04年,02年等)
一阶偏导数在连续在可微 在连续在有极限
在可微在的一阶偏导数存在
在可微在的方向导数存在
四、多元复合函数求导法则
1、链式求导法则:变量树状图 法则
(1)
(2)
(3)
(08年期末考试,七,7分)设,具有连续二阶偏导数,求。
(08年期末考试,十一,6分)设是由方程所确定的函数,其中可导,求。
(07年期末考试,八,7分)设,具有连续二阶偏导数,求。
(06年期末考试,一、1,3分)设,可导,则( )。
(04年期末考试,三、1,8分)设可微,方程,其中确定了是的二元可微隐函数,试证明。
(03年期末考试,三、2,5分)设具有连续偏导数,证明方程所确定的函数满足。
例7 记,具有连续二阶偏导数,求,。
例8 设,而,,求和。
例9 设,而,,则。
例10. 设,又具有连续的二阶偏导数,求。
2.一阶全微分形式不变性:
设,则不管是自变量还是中间变量,都有
通过全微分求所有的一阶偏导数,有时比链式求导法则显得灵活。
当复合函数中复合的层次较多,结构较为复杂时,用一阶全微分形式不变性求出一阶偏导数或者全导数比较方便。
例1.设其中都可微,求。
五、隐函数的求导法则
1、,求
方法1(直接代公式):,其中:,相当于把F看成自变量x,y的函数而对x求偏导数。
方法2:直接对方程两边同时关于x求偏导(记住):
2.,求
方法1(直接代公式):
方法2:直接对方程两边同时关于x(y)求偏导(记住):
,
3.
建议采用直接推导法:即方程两边同时关于x求偏导,通过解关于未知数的二元方程组,得到。同理可求得。
例1.设,其中是由确定的隐函数,求。
例2.设有隐函数,其中F
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