D23多元函数微分学.ppt

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1、高等数学考前辅导,中北三教授数学考研面授辅导班,住址：北苑小区38号楼7单元502室,报名咨询热线：1 3 5 1 3 5 1 5 2 9 3,主讲教师,柳 林,第九章,第九章,多元函数微分学(31),一、知识点与考点精讲,二、典型例题分析与解答,一、知识点与考点精讲,1.多元函数的概念,不存在.,(为空间区域).,则可断定,不相等,(D为平面区域),2.二元函数极限与连续性的概念,要求动点(x,y)沿任何方向任何路径,趋于定点,时均有f(x,y)a.,若沿两条不同路径,它表示一曲面,且在xoy坐标面的投影区域为D.,4.偏导数的概念与计算法,3.有界闭区域上二元连续函数的性质,处连续.,最值

2、定理、有界性定理、介值定理,或,则称 z=f(x,y)在点,其中,若,(1)概念:,计算偏导函数,计算偏导函数,时把 y 当作常数,5.全微分,(1)二元函数z=f(x,y)在点,在点,必要条件:,(2)计算法:,存在;,时把 x 当作常数.,充分条件:,在点,连续.,处可微(全微分存在),处,处,(必要但不充分),(充分但不必要),(2)全微分形式的不变性:,设,自变量还是中间变量都有,(3)可导函数z=f(x,y)在点,只需验证:,若等于零,?,处的可微性的验证:,则z=f(x,y)在点,处可微;,若不等于零,则z=f(x,y)在点,处不可微.,6.二元函数连续、可导、可微之间的关系,函数

3、连续,可导,可微,偏导连续,则不论u与v是,7.多元复合函数偏导数的求法(链导法):,设,均为可导函数,则复合函数,且其偏导数为:,8.隐函数存在定理及隐函数的偏导数,隐函数存在定理 1:,可导,设函数 F(x,y)在点,域内具有连续的偏导数,且,则方程F(x,y)=0在点,的某邻域内,的某邻,个单值连续,它满足,且,唯一确定一,且具有连续导数的隐函数y=f(x),9.空间曲线的切线方程与法平面方程,设空间曲线 的参数方程为:,则,处的,对应的曲线上的点,隐函数存在定理 2:,设函数 F(x,y,z)在点,且,的某邻域内具有连续的偏导数,则方程F(x,y,z)=0在点,的某邻域内,数的二元隐函

4、数 z=f(x,y),它满足条件,且,唯一确定一个单值连续,切线方程为:,且具有连续偏导,法平面方程为:,此时曲线方程可视为,若空间曲线 的方程为,切线方程为:,法平面方程为:,则,处的,对应的曲线上的点,以x为参数的参数方程,曲面:F(x,y,z)=0,上点,法线方程为:,处,切平面方程为:,10.曲面的切平面方程和法线方程,曲面:z=z(x,y),上点,处,切平面方程为:,法线方程为:,对于二元函数 z=f(x,y),11.二元函数z=f(x,y)极值的概念及求法,则称,若在,某邻域内一切异于,的点(x,y)恒有,为 f(x,y)在该邻域的一个极大(小)值.,函数的极大值与极小值通称函数的

5、极值.,函数取得极值的点,称为函数的极值点.,(1)二元函数取得极值的必要条件:,可导函数的极值点必为函数的驻点.,驻点即方程组,的实根.,但驻点未必是函数的极值点.,此外,不存在的点也可能成为函数的极值点.,(2)二元函数取得极值的充分条件:,设函数 z=f(x,y)在点,的某邻域内有连续的,且,令,则当,时,是 f(x,y)的极值点.,二阶偏导数,且当A 0 时,是极小值.,当A 0 时,是极大值.,当,时,不是极值点.,当,时,是否为极值点不能确定.,12.二元函数的最值及其求法,若二元函数 z=f(x,y)在有界闭区域 D 上连续,最值的求法:,(1)求函数f(x,y)在D内极值点的可

6、疑点的函数值;,则f(x,y)在D上必取得其最大值与最小值.,(4)对于实际问题,若 f(x,y)在D内只有一个驻点,(2)求出函数f(x,y)在D的边界上的最大值与最小值;,(3)将上述函数值进行比较,其中最大者即为函数在D,上的最大值,最小者即为函数在D上的最小值.,则函数在该点的函数值即为所求的最大(小)值.,(驻点及不可导点),13.条件极值与拉格朗日乘数法,构造辅助函数,求解方程组,所求得的解,即为目标函数的极值点(或最值点).,目标函数z=f(x,y)在约束条件(x,y)=0 的限制下,的条件极值可用拉格朗日乘数法求得:,二、典型例题分析与解答,例1.,处两个偏导数,存在是 f(x

7、,y)在该点连续的().,二元函数 f(x,y)在点,(A)充分条件而非必要条件;,解:,二元函数在一点处连续与偏导数存在之间没有直,接关系,(B)必要条件而非充分条件;,(C)充分必要条件;,(D)既非充分又非必要条件;,即“连续”未必“偏导数存在”,“偏导数存在”未必,“连续”.,所以应选(D).,D,注释:,本题考察队二元函数在一点处连续与偏导数,存在之间的关系.,题型(一)偏导数与全微分,在点(0,0)处().,(A)连续,偏导数存在;,(B)连续,偏导数不存在;,(D)不连续,偏导数不存在.,解:,例2.,二元函数,(C)不连续,偏导数存在;,k 取不,的值不同,故极限,不存在,因而

8、,f(x,y)在(0,0)处不连续.,但是,同理,故应选(C).,C,同值时,故选项(A)与(B)不正确.,例3.,所确定的函数,由方程,解:,将 x=1,y=0,z=1 代入上式得:,z=z(x,y)在点(1,0,1)处的全微分dz=_.,方程,两边微分得:,注释:,本题考查函数微分的计算.,例4.,设,其中 f 具有二阶连续偏导,数,求,解:,例5.,设,其中f 具有二阶连续偏导数,注释:,本题考查复合抽象函数的一、二阶偏导数.,g具有二阶连续导数,求,解:,解此类题目关键是搞清复合函数的函数关系.,题型(二)曲面的切平面与法线,在点(1,2,0)处的切平面,方程为_.,令,解:,曲面,则

9、,所给曲面在点(1,2,0)处的法向量为,注释:,本题考查曲面切平面的求法.,故所求切平面方程为:,即为:,例1.,例2.,曲面,与平面 2x+4y z=0 平行,的切平面方程是_.,解:,曲面,在点,处切平面的法向量为,所给平面的法向量为,依题意有:,代入曲面方程得,从而有:,切点坐标为:,切平面法向量为:,故所求切平面为:,即为:,注释:,本题考查曲面的切平面的求法.,处,例3.,解:,_.,旋转曲面的方程为,注释:,本题考查旋转曲面方程的建立及曲面法向量的,绕y轴旋转一周得到的,由曲线,旋转面在点,令,则有,旋转曲面在点,处指向外侧的法向量,为,将其单位化,指向外侧的单位法向量为,求法.

10、,例4.,则有:,曲面,在点(1,2,2)处的法线,解:,令,注释:,本题考查曲面的法线方程.(注意把方程写正确!),方程为_.,曲面的法线方程为:,即为:,例5.,在曲线,与平面,的所有切线中,注释:,平行的切线().,解:,本题考查空间曲线的切线.,(A)只有1条;,(B)只有2条;,(C)至少有3条;,(D)不存在.,曲线的切向量为:,平面的法向量为:,依题意有,则有,此方程只有两个实根,所以所求切线只有两条.,故应选(B).,B,例1.,题型(三)二元函数的极值与最值,求二元函数,的极值.,解:,由,由于,又由于A 0,解得:,故所给二元函数有极小值,注释:,本题考查二元函数的无条件极

11、值.,在区域,上的最大值和最小值.,求函数,先求 f(x,y)在D内的驻点.,由,驻点处的函数值为,解:,得 f(x,y)在D内的驻点为,考察边界y=0(2 x 2)上函数的最值.,此时函数为:,例2.,最小值为 f(0,0)=0.,最大值为 f(2,0)=4,考查边界,上函数的最值.,由,知,则有,令,由,解得,经计算,比较知:,f(x,y)在D上的最大值为,最小值为,注释:,本题考查二元函数的最值.,设 z=z(x,y)是由方程,确定的函数,求z=z(x,y)的极值点和极值.,解:,方程两边对x求导数得:,令,得,方程两边对y求导数得:,将x=3y,z=y代入原方程得:,或,从而,函数z=

12、z(x,y)驻点为(9,3)及(9,3).,例3.,式两边对x求导数得:,由于,所以,从而点(9,3)是 z=z(x,y),式两边对y求导数得:,式两边对y求导数得:,极小值为z(9,3)=3.,的极小值点,类似地:,由于,所以,注释:,本题考查方程决定的二元隐函数的极值点与,从而点(9,3)是 z=z(x,y)的极大值点,极大值为,z(9,3)=3.,极值.,解题的关键是求方程确定的隐函数的一阶与二,阶偏导数.,例4.,已知曲线 C:,求 C 上距离xoy 面最远的点和最近的点.,分析:,点(x,y,z)到xoy 面的距离为|z|.,故求曲线 C 上,距离xoy面最远点和最近点的坐标,等价于求函数,在条件,与,的约,解:,令,(目标函数),束下的最大值点和最小值点.,由,得 x=y,从而,解得,或,根据几何意义,曲线 C 上存在距离 xoy 面最远的点和,最近的点.,故所求的点依次为(5,5,5)和(1,1,1).,注释:,本题考查求条件极值的拉格朗日乘数法.,