高数第九章(1)多元函数的基本概念ppt课件.ppt

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1、推广,第九章,一元函数微分学,多元函数微分学,注意: 善于类比, 区别异同,多元函数微分法,及其应用,第九章,第一节,一、区域,二、多元函数的概念,三、多元函数的极限,四、多元函数的连续性,机动 目录 上页 下页 返回 结束,多元函数的基本概念,一、 区域,1. 邻域,点集,称为点 P0 的邻域.,例如,在平面上,(圆邻域),在空间中,(球邻域),说明：若不需要强调邻域半径 ,也可写成,点 P0 的去心邻域记为,机动 目录 上页 下页 返回 结束,在讨论实际问题中也常使用方邻域,平面上的方邻域为,。,因为方邻域与圆,邻域可以互相包含.,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2. 区域,(1) 内

2、点、外点、边界点,设有点集 E 及一点 P :, 若存在点 P 的某邻域 U(P) E , 若存在点 P 的某邻域 U(P) E = , 若对点 P 的任一邻域 U(P) 既含 E中的内点也含 E,则称 P 为 E 的内点；,则称 P 为 E 的外点 ;,则称 P 为 E 的边界点 .,机动 目录 上页 下页 返回 结束,的外点 ,显然, E 的内点必属于 E ,E 的外点必不属于 E ,E 的,边界点可能属于 E, 也可能不属于 E .,(2) 聚点,若对任意给定的 ,点P 的去心,机动 目录 上页 下页 返回 结束,邻域,内总有E 中的点 ,则,称 P 是 E 的聚点.,聚点可以属于 E

3、, 也可以不属于 E,(因为聚点可以为,所有聚点所成的点集成为 E 的导集 .,E 的边界点 ),(3) 开区域及闭区域, 若点集 E 的点都是内点，则称 E 为开集；, 若点集 E E , 则称 E 为闭集；, 若集 D 中任意两点都可用一完全属于 D 的折线相连 , 开区域连同它的边界一起称为闭区域.,则称 D 是连通的 ;, 连通的开集称为开区域 ,简称区域 ;,机动 目录 上页 下页 返回 结束,。 。, E 的边界点的全体称为 E 的边界, 记作E ;,例如，在平面上,开区域,闭区域,机动 目录 上页 下页 返回 结束, 整个平面, 点集,是开集，,是最大的开域 ,也是最大的闭域；,

4、但非区域 .,机动 目录 上页 下页 返回 结束, 对区域 D , 若存在正数 K , 使一切点 PD 与某定点,A 的距离 AP K ,则称 D 为有界域 ,界域 .,否则称为无,3. n 维空间,n 元有序数组,的全体称为 n 维空间,n 维空间中的每一个元素,称为空间中的,称为该点的第 k 个坐标 .,记作,即,机动 目录 上页 下页 返回 结束,一个点,当所有坐标,称该元素为,中的零元,记作,O .,的距离记作,中点 a 的 邻域为,机动 目录 上页 下页 返回 结束,规定为,与零元 O 的距离为,二、多元函数的概念,引例:, 圆柱体的体积, 定量理想气体的压强, 三角形面积的海伦公式

5、,机动 目录 上页 下页 返回 结束,定义1. 设非空点集,点集 D 称为函数的定义域 ;,数集,称为函数的值域 .,特别地 , 当 n = 2 时, 有二元函数,当 n = 3 时, 有三元函数,映射,称为定义,在 D 上的 n 元函数 , 记作,机动 目录 上页 下页 返回 结束,例如, 二元函数,定义域为,圆域,说明:,二元函数 z = f (x, y), (x, y) D,图形为中心在原点的上半球面.,机动 目录 上页 下页 返回 结束,的图形一般为空间曲面 .,三元函数,定义域为,图形为,空间中的超曲面.,单位闭球,三、多元函数的极限,定义2. 设 n 元函数,点 ,则称 A 为函数

6、,(也称为 n 重极限),当 n =2 时, 记,二元函数的极限可写作：,P0 是 D 的聚,若存在常数 A ,对一,记作,都有,机动 目录 上页 下页 返回 结束,对任意正数 , 总存在正数 ,切,例1. 设,求证：,证:,故,总有,机动 目录 上页 下页 返回 结束,要证,例2. 设,求证：,证：,故,总有,要证,机动 目录 上页 下页 返回 结束,例3 求极限,解,其中,例4 证明 不存在,证,取,其值随k的不同而变化，,故极限不存在,不存在.,观察,播放, 若当点,趋于不同值或有的极限不存在，,解: 设 P(x , y) 沿直线 y = k x 趋于点 (0, 0) ,在点 (0, 0

7、) 的极限.,则可以断定函数极限,则有,k 值不同极限不同 !,在 (0,0) 点极限不存在 .,以不同方式趋于,不存在 .,例3. 讨论函数,函数,机动 目录 上页 下页 返回 结束,例4. 求,解: 因,而,此函数定义域不包括 x , y 轴,则,故,机动 目录 上页 下页 返回 结束,仅知其中一个存在,推不出其它二者存在., 二重极限,不同.,如果它们都存在, 则三者相等.,例如,显然,与累次极限,但由例3 知它在(0,0)点二重极限不存在 .,例3 目录 上页 下页 返回 结束,四、 多元函数的连续性,定义3 . 设 n 元函数,定义在 D 上,如果函数在 D 上各点处都连续, 则称此

8、函数在 D 上,如果存在,否则称为不连续,此时,称为间断点 .,则称 n 元函数,机动 目录 上页 下页 返回 结束,连续.,连续,解,取,故函数在(0,0)处连续.,当 时,例6 讨论函数,在(0,0)的连续性,解,取,其值随k的不同而变化，,极限不存在,故函数在(0,0)处不连续,又如, 函数,上间断.,在圆周,机动 目录 上页 下页 返回 结束,结论: 一切多元初等函数在定义区域内连续.,定理：若 f (P) 在有界闭域 D 上连续, 则,机动 目录 上页 下页 返回 结束,* (4) f (P) 必在D 上一致连续 .,在 D 上可取得最大值 M 及最小值 m ;,(3) 对任意,(有

9、界性定理),(最值定理),(介值定理),(一致连续性定理),闭域上多元连续函数有与一元函数类似的如下性质:,(证明略),解: 原式,例5.求,例6. 求函数,的连续域.,解:,机动 目录 上页 下页 返回 结束,内容小结,1. 区域,邻域 :,区域,连通的开集,2. 多元函数概念,n 元函数,常用,二元函数,(图形一般为空间曲面),三元函数,机动 目录 上页 下页 返回 结束,有,3. 多元函数的极限,4. 多元函数的连续性,1) 函数,2) 闭域上的多元连续函数的性质:,有界定理 ;,最值定理 ;,介值定理,3) 一切多元初等函数在定义区域内连续,P11 题 2; 4; 5 (3), (5)

10、 ( 画图 ) ; 8P72 题 3; 4,机动 目录 上页 下页 返回 结束,思考与练习,解答提示:,P11 题 2.,称为二次齐次函数 .,P11 题 4.,P11 题 5(3).,定义域,P11 题 5(5).,定义域,机动 目录 上页 下页 返回 结束,P12 题 8.,间断点集,P72 题 3.,定义域,P72 题 4.,令 y= k x ，,若令,机动 目录 上页 下页 返回 结束, 则,可见极限不存在,机动 目录 上页 下页 返回 结束,总结,1.计算多元函数的极限常用方法,(1) 利用不等式,使用两边夹法则；,(2) 变量替换化成已知极限,或化为一元函数的极限；,(3) 利用初

11、等函数的连续性,利用极限的四则运算；,(4) 化为极坐标形式求极限,(5) 若事先能猜测出极限值,可用极限的定义进行证明.,解:,例1.求,机动 目录 上页 下页 返回 结束,解:,例2.求,机动 目录 上页 下页 返回 结束,例3.求,解:,用极坐标.,解:,例4.求,机动 目录 上页 下页 返回 结束,解:,例5.求,机动 目录 上页 下页 返回 结束,机动 目录 上页 下页 返回 结束,总结,2.证明二元函数极限不存在常用方法,(1) 证明某个特殊路径的极限不存在；,(2)证明两个特殊路径的极限不相等；,(3) 证明两个累次极限不相等；,(4)化为极坐标形式,证明极限跟幅角有关；,机动

12、目录 上页 下页 返回 结束,在点 (0, 0) 的极限.,例1. 讨论函数,解:,注意到当 y=-x 时,分母为0.,取,则,在 (0,0) 点极限不存在 .,机动 目录 上页 下页 返回 结束,在点 (0, 0) 的极限.,例2. 讨论函数,解:,注意到,在 (0,0) 点极限不存在 .,作业P63 3-10,第二节 目录 上页 下页 返回 结束,备用题,1. 设,求,解法1 令,机动 目录 上页 下页 返回 结束,1 .,设,求,解法2 令,即,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2.,是否存在？,解：,所以极限不存在.,机动 目录 上页 下页 返回 结束,3. 证明,在全平面连续.,证:,为初等函数 , 故连续.,又,故函数在全平面连续 .,由夹逼准则得,机动 目录 上页 下页 返回 结束,