全微分方向导数与梯度.ppt

第四节 全微分,方向导数,梯度,我们以二元函数为主,进行讲解,所得结论可容易地推广至三元和三元以上的函数中.,一.全微分,回忆一元函数的微分,回忆一元微分的几何意义,一元:用切线上的增量近似曲线上的增量.,多元:用切平面上的增量近似曲面上的增量.,二元函数全微分的定义,时,若函数在点 X0 处的全增量可,则称函数在点 X0 处可微,称为函数在点 X0 处的全微分,其中,a,b 是与DX,表示为,全微分概念的极限形式,其中,每一点均可微,则称函数在区域,上可微.,函数在区域上的可微性,可微,连续,可导,?,?,?,在多元函数中,三者的关系如何？,可微与连续的关系(可微的必要条件),可微与连续的关系(可微的必要条件),可微,连续,可导,?,可微与可导的关系(可微的必要条件),定理,可微与可导的关系(可微的必要条件),定理,证,若函数可微,则,即,同理,取,可微,连续,可导,可微,连续,可导,函数,在点(0,0)处连续,且有有界的偏导数,但不可微.,该例留给学生课后研讨,参考书：高等数学中的反例 朱 勇等编 华中工学院出版社 1986年 p 120130,逆命题?,可 微,连续,可导,连 续,可 导,连续可导,Ok,定理,f(X)在点 X0 处可微.,二元函数可微的充分条件,证,要证明函数 f(X)在点 X0 处可微,即要证,利用微分中值定理,由偏导数的连续性,故,同理,从而,函数的全增量,又由夹逼定理,这一步是怎 么得来的？,故,即函数 f(X)在点 X0 处可微.,当不强调区域时,记为,全,微,分,的,计,算,全,微,分,的,计,算,解,将 y,z 看成常数:,将 x,z 看成常数:,将 x,y 看成常数:,故,若可微,求其全微分.,解,例4.求 u=xyz 的全微分.,解:,故 du=yzxyz1 dx+zxyz lnxdy+yxyz lnxdy,=xyz1(yzdx+xzlnxdy+xylnxdy),回头看全微分公式,这与物理中的叠加原理相符.,三.方向导数,回忆一元函数的单侧导数:,A,B,C,x,O,y,z,.,P0,P,l,.,利用点函数推广到,方向导数的定义,l 方向的方向导数.记为,比较方向导数与偏导数的概念,在方向导数中,分母,利用直线方程可将方向导数的定义表示为:,射线 l 的方程:,则,故,怎么计算方向导数？,方向导数导计算公式,的方向导数存在,且,定理,解,向导数值都等于 1:,的两个偏导数均不存在,但它在该点,沿任何方向的方向导数均存在,且方,此例说明:1.方向导数存在时,偏导数不一定存在.2.可微是方向导数存在的充分条件,而不是必要条件.,只与函数在点 X0 处的偏导数有关.,1,一个问题：,且,四.梯度,定义,设,则称向量,或,可统一表示为,解,从而,梯度及其运算公式的参考书,工程数学 矢量分析与场论谢树艺 高等教育出版社 1985年,