考研数学高数真题分类—多元函数微分学
(完整版)多元函数微分学复习题及答案
第八章 多元函数微分法及其应用 复习题及解答一、选择题1. 极限lim x y x yx y→→+00242= （提示：令22y k x =） （ B ） (A) 等于0 (B) 不存在 (C) 等于12 (D) 存在且不等于0或12 2、设函数f x y x y y xxy xy (,)sin sin=+≠=⎧⎨⎪⎩⎪1100，则极限lim (,)x y f x y →→0= （ C ）（提示：有界函数与无穷小的乘积仍为无穷小）(A) 不存在 (B) 等于1 (C) 等于0 (D) 等于23、设函数f x y xy x y x y x y (,)=++≠+=⎧⎨⎪⎩⎪222222000，则(,)f x y （ A ）（提示：①在220x y +≠，(,)f x y 处处连续；②在0,0x y →→ ，令y kx =，200(0,0)x x y f →→→=== ，故在220x y +=，函数亦连续.所以，(,)f x y 在整个定义域内处处连续.）(A) 处处连续 (B) 处处有极限，但不连续 (C) 仅在（0,0）点连续 (D) 除（0,0）点外处处连续4、函数z f x y =(,)在点(,)x y 00处具有偏导数是它在该点存在全微分的 （ A ） (A)必要而非充分条件(B)充分而非必要条件(C)充分必要条件 (D)既非充分又非必要条件5、设u y x =arctan ，则∂∂u x = （ B ）(A)xx y 22+(B) -+y x y 22 (C) yx y 22+(D)-+xx y 226、设f x y yx(,)arcsin=，则f x '(,)21= （ A ） （A ）-14（B ）14 （C ）-12 （D ）127、设yxz arctan=，v u x +=，v u y -=，则=+v u z z （ C ）（A ）22v u v u -- （B ）22v u u v -- （C ）22v u v u +- （D ）22v u uv +-8、若f x x x x f x x x x (,),(,)'232612=+=+，则f x x y '(,)2= （ D ） (A) x +32(B) x -32(C) 21x + (D) -+21x 9、设z y x =，则()(,)∂∂∂∂z x zy+=21 （ A ） (A) 2 (B) 1+ln2 (C) 0 (D) 110、设z xye xy =-，则z x x x'(,)-= （ D ） (A)-+2122x x e x () (B)2122x x e x ()- (C)--x x e x ()122 (D)-+x x e x ()12211、曲线x t y t z t ===24sin ,cos ,在点(,,)202π处的法平面方程是 （C ）(A) 242x z -=-π (B) 224x z -=-π (C) 42y z -=-π (D) 42y z -=π12、曲线45x y y z ==,,在点(,,)824处的切线方程是 （A ）(A)842204x z y --=-= (B)x y z +==+122044 (C) x y z -=-=-85244 (D)x y z -=-=351413、曲面x z y x z cos cos +-=ππ22在点ππ2120,,-⎛⎝ ⎫⎭⎪处的切平面方程为 （D ）（A ）x z -=-π1 （B ）x y -=-π1 （C ）x y -=π2 （D ）x z -=π214、曲面x yz xy z 2236-=在点(,,)321处的法线方程为 （A ） （A ）x y z +=--=--58531918 （B ）x y z -=-=--3823118（C ）83180x y z --= （D ）831812x y z +-=15、设函数z x y =-+122，则点 (,)00是函数 z 的 （ B ） （A ）极大值点但非最大值点 （B ）极大值点且是最大值点 （C ）极小值点但非最小值点 （D ）极小值点且是最小值点 16、设函数z f x y =(,)具有二阶连续偏导数，在P x y 000(,)处，有2)()(,0)()(,0)(,0)(000000======P f P f P f P f P f P f yx xy yy xx y x ，则（ C ）（A ）点P 0是函数z 的极大值点 （B ）点P 0是函数z 的极小值点 （C ）点P 0非函数z 的极值点 （D ）条件不够，无法判定 17、函数f x y z z (,,)=-2在222421x y z ++=条件下的极大值是 （ C ）(A) 1 (B) 0 (C)-1 (D) -2 二、填空题 1、极限limsin()x y xy x→→0π= ⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽ .答：π 2、极限limln()x y x y e x y→→++01222=⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽ .答：ln23、函数z x y =+ln()的定义域为 ⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽ .答：x y +≥14、函数z xy=arcsin 的定义域为 ⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽ .答：-≤≤11x ，y ≠0 5、设函数f x y x y xy y x (,)ln =++⎛⎝ ⎫⎭⎪22，则f kx ky (,)= ⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽ .答：k f x y 2⋅(,)6、设函数f x y xy x y (,)=+，则f x y x y (,)+-= ⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽ .答：222x y x-（22()()(,)()()2x y x y x y f x y x y x y x y x+--+-==++-Q ）7、设f x y x y x y A x y (,)ln()//=-⋅+<+≥⎧⎨⎩11212222222，要使f x y (,)处处连续，则A= ⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽ .答：-ln28、设f x y x y x y x y Ax y (,)tan()(,)(,)(,)(,)=++≠=⎧⎨⎪⎩⎪22220000，要使f x y (,)在（0，0）处连续，则A= ⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽ .答：1 9、函数221x y z x +=-的间断点是 .答：直线10x -=上的所有点10、函数f x y x y yx (,)cos =-122的间断点为 ⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽ .答：直线y x =±及x =011、设z x y y =-+sin()3，则∂∂z xx y ===21_________ .答：3cos512、设f x y x y (,)=+22，则f y (,)01= _________ .答：113、设u x y z x y z(,,)=⎛⎝ ⎫⎭⎪，则)3,2,1(d u =_________ .答：38316182d d ln d x y z --14、设u x x y =+22，则在极坐标系下，∂∂ur= _________ .答：0 15、设u xy y x =+，则∂∂22u x = _________.答：23yx16、设u x xy =ln ，则∂∂∂2u x y = ___________ .答：1y17、函数y y x =()由12+=x y e y 所确定，则d d y x = ___________ .答：22xye xy - 18、设函数z z x y =(,)由方程xy z x y z 2=++所确定，则∂∂zy= _______ .答：2112xyz xy --19、由方程xyz x y z +++=2222所确定的函数z z x y =(,)在点（1，0，－1）处的全微分d z = _________ .答：d d x y -220、曲线x t y t z t ===23213,,在点(,,)1213处的切线方程是_________.答：x y z -=-=-12221321、曲线x te y e z t e t t t ===232222,,在对应于 t =-1点处的法平面方程是___________. 答：01132=+--e y x 22、曲面xe y e z e ey z x ++=+223321在点(,,)210-处的法线方程为_________ . 答：e ze y x 22212=-+=- 23、曲面arctan y xz 14+=π在点(,,)-210处的切平面方程是_________.答：y z +=2124、设函数z z x y =(,)由方程123552422x xy y x y e z z +--+++=确定，则函数z的驻点是_________ .答：（－1，2） 27、函数z x y x y =----2346122的驻点是_________.答：（1，1）25、若函数f x y x xy y ax by (,)=+++++22236在点 (,)11-处取得极值，则常数a =_________， b =_________.答：a =0，b =426、函数f x y z x (,,)=-22在x y z 22222--=条件下的极大值是_______答：-4 三、计算题1、求下列二元函数的定义域，并绘出定义域的图形.(1) z = (2)ln()z x y =+ (3)1ln()z x y =+ (4)ln(1)z xy =-解：(1)要使函数z =有意义，必须有2210x y --≥，即有221x y +≤.故所求函数的定义域为22{(,)|1}D x y x y =+≤,图形为图3.1(2)要使函数ln()z x y =+有意义，必须有0x y +>.故所有函数的定义域为{}(,)|0D x y x y =+>，图形为图3.2(3)要使函数1ln()z x y =+有意义，必须有ln()0x y +≠，即0x y +>且1x y +≠.故该函数的定义域为{}(,)|01D x y x y x y =+>+≠，，图形为图3.3(4)要使函数ln(1)z xy =-有意义，必须有10xy ->.故该函数的定义域为{(,)|1}D x y xy =>，图形为图3.4图3.1 图3.2图3.3 图3.42、求极限limsin x y y xxy →→+-0211.解：lim sin x y y xxy →→+-0211=⋅++→→lim sin ()x y y x xy xy 00211= 43、求极限lim sin()x y x y x yxy →→-+0023211. 解：原式=lim ()sin()x y x y x y x y xy →→-++0232211=-++⋅→→limsin()x y x y xy xy 002111=-124、求极限lim x y xxye xy→→-+0416 . 解：lim x y xxye xy→→-+00416=++-→→lim ()x y x xye xy xy 00416= -85、设u x y y x =+sin cos ，求 u u x y ,. 解：u y y x x =-sin sinu x y x y =+cos cos6、设z xe ye y x =+-，求z z x y ,. 解：z e ye x y x =--z xe e y y x =+-7、设函数z z x y =(,)由yz zx xy ++=3所确定，试求∂∂∂∂z x zy,（其中x y +≠0）. 解一：原式两边对x 求导得yz x x zxz y ∂∂∂∂+++=0，则∂∂z x z y y x =-++同理可得：∂∂z y z x y x =-++ 解二：xy xz F F y z xy y z F F x z x y y x ++-=-=++-=-=∂∂∂∂, 8、求函数z x xy y x y =-++-+23243122的极值.解：由z x y z x y x y=-+==-+-=⎧⎨⎩43403430，得驻点(,)-10074334>=--==yy yxxy xx z z z z D z xx =>40，函数z 在点(,)-10处取极小值z (,)-=-101.9、设z e x y =+32，而x t y t ==cos ,2，求d d z t. 解：d d (sin )()zte t e t x y x y =-+++3223232=-++(sin )3432t t e x y10、设z y xy x =ln()，求∂∂∂∂z x z y,. 解：z y y xy xy x x x =⋅+ln ln 1 z xy xy yy y x x =+-11ln() 11、设u a x a x yz a =->+ln ()0，求d u . 解：∂∂u x a a ax x yz =-+-ln 1，∂∂u y a z a x yz =⋅+ln ，∂∂u zya a x yz =+ln d (ln )d ln (d d )u a a ax x a a z y y z x yz x yz =-+++-+112、求函数z x y e xy =++ln()22的全微分.解：∂∂∂∂z x x ye x y e z y y xe x y e xyxyxyxy=+++=+++222222,[]d ()d ()d z x y ex ye x y xe y xyxy xy =+++++12222 四、应用题1、要造一容积为128立方米的长方体敞口水池，已知水池侧壁的单位造价是底部的2倍，问水池的尺寸应如何选择，方能使其造价最低？ 解：设水池的长、宽、高分别为x y z ,,米.水池底部的单位造价为a .则水池造价()S xy xz yz a =++44 且 xyz =128令 ()L xy xz yz xyz =+++-44128λ由 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-==++==++==++=01280440404xyz L xy y x L xz z x L yz z y L z y x λλλλ得 x y z ===82由于实际问题必定存在最小值，因此当水池的长、宽、高分别为8米、8米、2米时，其造价最低.2、某工厂生产两种商品的日产量分别为x 和y （件），总成本函数22128),(y xy x y x C +-=（元）.商品的限额为42=+y x ，求最小成本. 解：约束条件为042),(=-+=y x y x ϕ，构造拉格朗日函数22(,,)812(42)F x y x xy y x y λλ=-+++-，解方程组160240420x y F x y F x y F x y λλλ'⎧=-+=⎪'=-++=⎨⎪'=+-=⎩，得唯一驻点)17,25(),(=y x ，由实际情况知，)17,25(),(=y x 就是使总成本最小的点，最小成本为8043)17,25(=C （元）.3、某工厂生产两种产品甲和乙，出售单价分别为10元与9元，生产x 单位的产品甲与生产y 单位的产品乙的总费用是)33(01.03240022y xy x y x +++++元， 求取得最大利润时，两种产品的产量各为多少？解：),(y x L 表示获得的总利润，则总利润等于总收益与总费用之差，即有利润目标函数)]33(01.032400[)910(),(22y xy x y x y x y x L +++++-+=)0,0(,400)33(01.06822>>-++-+=y x y xy x y x ，令⎩⎨⎧=+-='=+-='0)6(01.060)6(01.08y x L y x L yx，解得唯一驻点（120，80）.又因06.0,01.0,006.0-=''=-=''=<-=''=yy xy xx L C L B L A ，得0105.332>⨯=--B AC .得极大值320)80,120(=L . 根据实际情况，此极大值就是最大值．故生产120单位产品甲与80单位产品乙时所得利润最大320元. 五、证明题 1、设)11(yx e z +-=, 求证z yz y x z x 222=∂∂+∂∂.证明： 因为2)11(1x e xzy x ⋅=∂∂+-, 2)11(1ye y z y x ⋅=∂∂+-, 所以 z e e yz y x z x y x y x 2)11()11(22=+=∂∂+∂∂+-+-2、证明函数nx ey tkn sin 2-=满足关系式22x y k t y ∂∂=∂∂ 证明：因为nx e kn kn nx e ty tkn t kn sin )(sin 2222⋅-=-⋅⋅=∂∂--, nx nex y tkn cos 2-=∂∂, nx e n xy t kn sin 2222--=∂∂, nx e kn xyk t kn sin 2222--=∂∂,所以22x y k t y ∂∂=∂∂.3、设z =xy +xF (u ), 而xyu =, F (u )为可导函数, 证明xy z y z y x z x +=∂∂+∂∂⋅.证明：y z y x z x ∂∂⋅+∂∂⋅])([])()([yu u F x x y x u u F x u F y x ∂∂'+⋅+∂∂'++=)]([)]()([u F x y u F xyu F y x '+⋅+'-+==xy +xF (u )+xy =z +xy .。
2024年考研高等数学一多元函数微分学历年真题
2024年考研高等数学一多元函数微分学历年真题在2024年考研高等数学一的多元函数微分学部分，历年真题一直是备考的重要资料。
通过复习历年真题，不仅可以熟悉考试题型，还能够理解题目的解题思路和考点要点。
本文将为大家呈现2024年考研高等数学一多元函数微分学的历年真题，供大家参考复习备考。
第一节：选择题1. 设函数 $z=f(x,y)$ 在点 $(x_0,y_0)$ 处可微分，且对任意 $t$ ，有$f(tx_0,ty_0)=tf(x_0,y_0)$ ，则 $\frac{\partial z}{\partialx}|_{(x_0,y_0)}$ 和 $\frac{\partial z}{\partial y}|_{(x_0,y_0)}$ 的关系是（）。
A. $\frac{\partial z}{\partial x}|_{(x_0,y_0)}+2\frac{\partial z}{\partial y}|_{(x_0,y_0)}=0$B. $\frac{\partial z}{\partial x}|_{(x_0,y_0)}-2\frac{\partial z}{\partial y}|_{(x_0,y_0)}=0$C. $\frac{\partial z}{\partial x}|_{(x_0,y_0)}+3\frac{\partial z}{\partial y}|_{(x_0,y_0)}=0$D. $\frac{\partial z}{\partial x}|_{(x_0,y_0)}-3\frac{\partial z}{\partial y}|_{(x_0,y_0)}=0$2. 设函数 $f(x,y)$ 具有二阶连续偏导数， $df(x,y)$ 是其全微分，下列说法错误的是（）。
A. $df(x,y)=\frac{\partial f}{\partial x}dx+\frac{\partial f}{\partialy}dy$B. $df(x,y)=\frac{\partial f}{\partial x}|_{(x,y)}dx+\frac{\partialf}{\partial y}|_{(x,y)}dy$C. $df(x,y)=f_x(x,y)dx+f_y(x,y)dy$D. $df(x,y)=\frac{\partial f}{\partial x}dx+\frac{\partial f}{\partialy}dy+\frac{\partial^2 f}{\partial x\partial y}dxdy$第二节：简答题1. 证明函数 $z=2x^2+3xy$ 在点 $(1, 2)$ 处的全微分为$dz=8dx+7dy$ 。
考研数学一(多元函数微分学)历年真题试卷汇编1(题后含答案及解析)
考研数学一（多元函数微分学）历年真题试卷汇编1(题后含答案及解析)题型有：1. 选择题 2. 填空题 3. 解答题选择题下列每题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求。
1．(2002年试题，二)考虑二元函数f(x，y)的下面4条性质：①f(x，y)在点(x0，y0)处连续；②f(x，y)在点(x0，y0)处的两个偏导数连续；③f(x，y)在点(x0，y0)处可微；④f(x，y)在点(x0，y0)处的两个偏导数存在．若用“P→Q”表示可由性质P推出性质Q，则有( )．A．②→③→①B．③→②→①C．③→④→①D．③→①→④正确答案：A解析：由题设，分析4条性质可知，①与④没有直接联系，从而可排除C，D，关于A和B，重点在于分析性质②和③，显然性质②更强，即f的两个偏导数连续则f可微，因此②→⑧，B也被排除，从而只有A正确，选A．知识模块：多元函数微分学2．(1997年试题，二)二元函数在点(0，0)处( )．A．连续，偏导数存在B．连续，偏导数不存在C．不连续，偏导数存在D．不连续，偏导数不存在正确答案：C解析：二元函数的连续性与可偏导性之间的关系并非与一元函数中可导与连续的关系一样，因此需要按定义一一加以判断．由已知，[*]所以f(x，y)在点(0，0)处不连续；又[*]因此f(x，y)在(0，0)点的两个偏导数都存在．综上选C．讨论分段、分块定义的函数的连续性、偏导数的存在性以及可微性一般按定义处理．知识模块：多元函数微分学3．(2012年试题，一)如果函数f(x，y)在(0，0)处连续，那么下列命题正确的是( )．A．若极限存在，则f(x，y)在(0，0)处可微B．若极限存在，则，(x，y)在(0，0)处可微C．若f(x，y)在(0，0)处可微，则极限存在D．若f(x，y)在(0，0)处可微，则极限存在正确答案：B解析：f(x，y)在(0，0)处连续，如果存在，则f(0，0)=0．且由存在，知存在，则即fx(0，0)=0，同理可得fy(0，0)=0，再根据可微定义；0．可知f(x，y)在(0，0)处可微．选B．知识模块：多元函数微分学4．(2005年试题，二)设函数其中函数φ具有二阶导数，ψ具有一阶导数，则必有( )．A．B．C．D．正确答案：B解析：由题意可得因为所以选B．题中含有二元变限积分，求偏导时，可将一个变量视为常数，按一元函数积分学中求变限积分的导数方法求解即可．知识模块：多元函数微分学5．(2010年试题，一)设函数z=z(x，y)由方程确定，其中F为可微函数，且F2’≠0，则等于( )．A．xB．zC．一xD．-z正确答案：B解析：根据题意可得故而有即正确答案为B．解析二在方程两边求全微分得从而即正确答案为B．解析三方程两边分别对X，Y求偏导数，则有解得从而即正确答案为B．知识模块：多元函数微分学6．(2005年试题，二)设有三元方程xy—xlny+exy=1，根据隐函数存在定理，存在点(0，1，1)的一个邻域，在此邻域内该方程( )．A．只能确定一个具有连续偏导数的隐函数z=z(x，y)B．可确定两个具有连续偏导数的隐函数y=y(x，z)和z=z(x，y)C．可确定两个具有连续偏导数的隐函数x=x(y，z)和z=z(x，y)D．可确定两个具有连续偏导数的隐函数x=x(y，z)和y=y(x，z)正确答案：D解析：根据题意，记方程为F(x，y，z)=0，其中F(x，y，z)=xy—zlny+exx 一1F对x，y，z均有连续偏导数，而且可知r(0，1，1)=0由于F(X，y，z)满足偏导数的连续性，根据隐函数存在定理可知，存在点(0，1，1)的一个邻域，在此邻域该方程可确定有连续偏导数的隐函数：x=x(y，z)和y=y(x，z)所以选D．求解此题应理解隐函数存在性定理的条件和结论，该知识点是2005年大纲新增加的考点．知识模块：多元函数微分学7．(2008年试题，一)函数一在点(0，1)处的梯度等于( )．A．iB．一iC．jD．一j正确答案：A解析：梯度的计算公式中涉及到函数的偏导数，故先求二元函数f(x，y)的偏导数：则fx(0，1)=lfy(0，1)=0．梯度gradf(0，1)=1×i+0×j=i，故应选A．知识模块：多元函数微分学8．(2001年试题，二)设函数f(x，y)在点(0，0)附近有定义，且fx’(0，0)=3,fy’(0，0)=1，则( )．A．出dz｜(0,0)=3dx+dyB．曲面z=f(x，y)在点(0，0,f(0，0))的法向量为{3，1，1}C．曲线在点(0，0,f(0，0))的切向量为{1，0，3}D．曲线在点(0，0,f(0，0))的切向量为{3，0，1}正确答案：C解析：多元函数可偏导不一定可微，这一点与一元函数有本质区别，因此从题设给定(0，0)点有偏导数的条件无法推出在(0，0)点函数可微，因而A不一定成立；关于B，假设z=f(x，y)在(0，0,f(0，0))点法向量存在，由定义知该法向量也应为{3，1，一1}，何况题设仅给出(0，0)点处fx’，fy’的值，因此B也可排除；选项C，D是互斥的，可算出曲线在点(0，0,f(0，0))的切向量为{3，1，一1}×{0，1，0}={1，0，3}，从而选C．本题考查了多个知识点：可微性与可偏导的关系，曲面的法向量及其求法，空间曲线的切向量及其求法．注意A选项是考生易犯的错误，简单地认为将偏导数代入全微分计算公式即得出全微分，而忽视了全微分是否存在的前提．知识模块：多元函数微分学9．(2011年试题，一)设函数f(x)具有二阶连续导数，且f(x)>0，f’(0)=0，则函数z=f(x)lnf(y)在点(0，0)处取得极小值的一个充分条件是( )．A．f(0)>1，f’’(0)>0B．f(0)>1，f’’(0)0D．f(0)若z=f(x)lnf(y)在(0，0)处取极值，则A=f’’(0)lnf(0)，B=0，c=f’’(0)由AC=[f’’(0)]2lnf(0)>0且A>0得f(0)>1且．f’’(0)>0，故选A．知识模块：多元函数微分学10．(2006年试题，二)设f(x，y)与φ(x，y)均为可微函数，且φy’(x，y)≠0．已知(x0，y0)是f(x，y)在约束条件φ(x，y)=0下的一个极值点，下列选项正确的是( )．A．若fx’(x0，y0)=0，则f’(x’，y’)=0B．若fx’(x0，y0)=0，则fy’(x0，y0)≠0C．若fx’(x0，y0)≠0，则fy’(x0，y0)=0D．若fx’(x0，y0)≠0，则fy’(x0，y0)≠0正确答案：D解析：考查化条件极值问题为一元函数极值问题．根据拉格朗日乘子法，令F(x，y，λ)=，(x，y)+λφ(x，y)，则(x0，y0)满足若fx’(x0，y0)=0，由(1)→λ=0或φx’(x0，y0)=0当A=0时，由(2)得fx’(x0，y0)=0；但当A≠0时，由(2)及φy’(x0，x0)≠0,fy’(x0，y0)≠0所以A，B错误．若fx’(x0，y0)≠0，由(1)→λ≠0，再由(2)及φy’(x0，x0)≠0→fy’(x0，y0)≠0故选D．知识模块：多元函数微分学11．(2003年试题，二)已知函数f(x，y)在点(0，0)的某个邻域内连续，且则( )．A．点(0，0)不是f9x,y)的极值点B．点(0，0)是f(x，y)的极大值点C．点(0，0)是f(x，y)的极小值点D．根据所给条件无法判断点(0，0)是否为f(x，y)的极值点正确答案：A解析：根据题意，可将原式改用极坐标表示，即因此且f(pcosθ,psinθ)=ρ2cosθ.sinθ+ρ4+o(ρ4)当p充分小时，f(pcosθ，psinθ)的符号由p2cosθ.sin θ决定，但sinθ.cosθ符号不定，因此f(x，y)在(0，0)点不取极值，选A．知识模块：多元函数微分学填空题12．(2011年试题，二)设函数=____________.正确答案：涉及知识点：多元函数微分学13．(2009年试题，二)设函数f(u，v)具有二阶连续偏导数，z=f(x，xy)，则____________.正确答案：则解析二因f(u，v)有二阶连续偏导数，故而涉及知识点：多元函数微分学14．(2007年试题，二)设f(u，v)为二元可微函数，z=f(xy，yz)．则=____________.正确答案：涉及知识点：多元函数微分学15．(1998年试题，一)设具有二阶连续导数，则=______________.正确答案：由题设，有解析：本题亦可先求再求．因为题设复合函数的混合偏导数与求导次序无关．但求导时应注意f(xy)和φ(x+y)均为一阶复合函数，对x求导时，y被视为常数；对y求导时，x视为常数，切不可与多元复合函数的求导法则混淆．知识模块：多元函数微分学16．(2005年试题，一)设函数单位向量则=____________.正确答案：由题意可知根据方向导数计算公式可得涉及知识点：多元函数微分学17．(2003年试题，一)曲面z=x2+y2与平面2x+4y一z=0平行的切平面的方程是________________。
考研数学三(多元函数微积分学)-试卷4
考研数学三（多元函数微积分学）-试卷4(总分：68.00，做题时间：90分钟)一、选择题(总题数：9，分数：18.00)1.选择题下列每题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求。
（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 解析：2.二元函数f(x，y)在点(0，0)处可微的一个充分条件是（分数：2.00）A.B.C. √D.解析：解析：按可微定义， f(x，y)在(0，0)C项即A=B=0的情形，因此可得出f(x，y)在(0，0)可微．故选C．3.设函数f(x，y)连续，则二次积分等于（分数：2.00）A.B. √C.D.解析：解析：本题更换二次积分的积分次序，先根据二次积分确定积分区域，然后写出新的二次积分．由sinx≤y≤1，则0≤y≤1，π—arcsiny≤x≤π，故应选B．（分数：2.00）A.B.C.D. √D．5.累次积分可以写成（分数：2.00）A.B.C.D. √解析：解析：由累次积分f(rcosθ，rsinθ)rdr可知，积分区域D为由r=cosθ为圆心在x轴上，直径为1的圆可作出D的图形如图4—3所示．该圆的直角坐标方程为故用直角坐标表示区域D可见A、B、C均不正确，故选D．6.设g(x)有连续的导数，g(0)=0，g’(0)=a≠0,f(a，y)在点(0，0)的某邻域内连续，则=(（分数：2.00）A.B.C. √D.C．7.设f(x)为连续函数，F(t)=∫ 1t dy∫ y t f(x)dx，则F’(2)等于( )（分数：2.00）A.2f(2)．B.f(2)．√C.一f(2)．D.0．解析：解析：交换累次积分的积分次序，得F(t)=∫ 1t dy∫ y t f(x)=∫ 1t dx∫ 1x f(x)dy =∫ 1t(x-1)f(x)dx 于是F’(t)=(t一1)f(t)，从而F’(2)=f(2)．故选B．8.设有平面闭区域，D={(x，y)|一a≤x≤a，x≤y≤a}，D 1={(x，y)|0≤x≤a，x≤y≤a}，则=( )（分数：2.00）A. √B.C.D.解析：解析：将闭区间D={(x，y)|一a≤x≤a，x≤y≤a}按照直线y=一x将其分成两部分D 1和D 2，如图4—4所示，其中D 1关于y轴对称，D 2关于x轴对称，xy关于x和y均为奇函数，因此在D 1和D 2上，均有=0．而cosxsiny是关于x的偶函数，关于y的奇函数，在D 1积分不为零，在D 2积分值为零．因此故选项A正确．9.累次积分∫ 01dx∫ x1 f(x，y)dt+∫ 12dy∫ 02-y f(x，y)dx可写成( )（分数：2.00）A.∫ 02dx∫ x2-x f(x，y)dy．B.∫ 01dy∫ 02-y f(x，y)dx．C.∫ 01dx∫ x2-x f(x，y)dy．√D.∫ 01dy∫ 12-x f(x，y)dx．解析：解析：原积分域为直线y=x，x+y=2，与y轴围成的三角形区域，故选C．二、填空题(总题数：12，分数：24.00)10.设函数f(u)可微，且z=f(4x 2一y 2 )在点(1，2)处的全微分dz| (1,2) = 1．（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：4dx一2dy）11.二元函数f(x，y)=x 2 (2+y 2 )+ylny的极小值为 1．（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：[*]）解析：解析：由题干可知 f x "=2x(2+y 2 )，f y "=2x 2 y+lny+1．12.函数f(x，y)=x 2 y(4一x一y)在由直线x+y=6，x轴和y轴所围成的闭区域D上的最小值是 1．（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：一64）解析：解析：根据题意可知，得区域D内驻点(2，1)，则有 f xx "=8y一6xy一2y 2； f xy "=8x 一3x 2一4xy； f yy "=-2x 2．则A=一6，B=一4，C=一8，有AC—B 2 =32＞0，且A＜0．所以，点(2，1)是z=f(x，y)的极大值点，且f(2，1)=4．当y=0(0≤x≤6)时，z=0；当x=0(0≤y≤6)时，z=0；当x+y=6(0≤y≤6)时，z=2x 3一12x 2(0≤x≤6)，且令．解得x=4．则y=2,f(4，2)=一64，且f(2，1)=4,f(0，0)=0．则z=f(x，y)在D上的最大值为f(2，1)=4，最小值为f(4，2)=一64．13.设D={(x，y)|x 2 +y 2≤1}，则（分数：2.00）填空项1:__________________14.设z=(x+e y ) x，则（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：2ln2+1）解析：解析：由z=(x+e y ) x，故z(x，0)=(x+1) x，代入x=1得，15.设某产品的需求函数为Q=Q(p)，其对应价格P的弹性E p =0．2，则当需求量为10000件时，价格增加1元会使产品收益增加 1元．（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：8000）解析：解析：本题考查弹性和微分的经济意义．根据已知收益函数为R=pQ(p)；对收益函数做微分为当Q=10000，dp=1时，产品的收益会增加dR=8000．16.设函数dz| (1,1) = 1．（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：(1+2ln2)dx+(一1一2ln2)dy）17.设连续函数z=f(x，y)满足dz| (0,1) = 1（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：2dx一dy）解析：解析：根据以及函数z的连续性可知f(0，1)=1，从而已知的极限可以转化为的定义可知，f(x，y)在点(0，1)处是可微的，且有f x’(0，1)=2,f y’(0，1)=一1，所以dz| (0,1)=2dx 一dy．18.设函数z=z(x，y)由方程(z+y) x =xy确定（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：2—2ln2）解析：解析：把点(1，2)代入(z+y) x=xy，得z(1，2)=0．在(z+y) x=xy两边同时对x求偏导数，有将x=1，y=2，z(1，2)=0代入得19.设函数z=z(x，y)由方程z=e 2x-3z +2y确定，则（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：2）解析：解析：在z=e 2x-3z +2y的两边分别对x，y求偏导，z为x，y的函数．20.设函数y=y(x)由方程y=1一xe y确定，则（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：一e）解析：解析：将x=0代入方程y=1一xe y，得y=1．方程两边对x求导，得y’=一e y一xe y y’．y’(1+xe y )=一e y，因此21.设f(u，v)（分数：2.00）填空项1:__________________三、解答题(总题数：13，分数：26.00)22.解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。
考研数学一(多元函数微分学)历年真题试卷汇编5(题后含答案及解析)
考研数学一（多元函数微分学）历年真题试卷汇编5(题后含答案及解析)题型有：1. 选择题 2. 填空题 3. 解答题选择题下列每题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求。
1．[2017年] 函数f(x，y，z)=x2y+z2在点(1，2，0)处沿向量，n={1，2，2}的方向导数为( )．A．12B．6C．4D．2正确答案：D解析：因，则因给出的方向向量不是单位向量，将其单位化得则，故所求的方向导数为仅D入选．知识模块：多元函数微分学2．[2008年] 函数f(x，y)=arctan(x／y)在点(0，1)处的梯度等于( )．A．iB．一iC．jD．-j正确答案：A解析：由函数f(x，y)在点(0，1)处的梯度计算公式知，只需求出f(x，y)在点(0，1)处的一阶偏导数．事实上，有故gradf(x，y)｜(0，1)=f’x(0，1)i+f’y(0，1)j=1·i+0·j=i．仅A入选．知识模块：多元函数微分学3．[2001年] 设函数f(x，y)在点(0，0)附近有定义，且f’x(0，0)=3，f’y(0，0)=1，则( )．A．dz｜(0，0)=3dx+dyB．曲面z=f(x，y)在点(0，0，f(0，0))的法向量为(3，1，1)C．曲面在点(0，0，f(0，0))的切向量为(1，0，3)D．曲面在点(0，0，f(0，0))的切向量为(3，0，1)正确答案：C解析：C中所给曲线方程为交面式方程注意到F’x(0，0，f(0，0))=f’x(x，y)｜(0，0，f(0，0))=f’x(0，0)=3，F’y(0，0，f(0，0))=f’y(0，0)=1，F’z(0，0，f(0，0))=一1，G’x(0，0，f(0，0))=G’z(0，0，f(0，0))=0，G’y(0，0，f(0，0))=1，有故在点P0(0，0，f(0，0))处的切向量为(1，0，3)．仅C入选．知识模块：多元函数微分学4．[2013年] 曲面x2+cos(xy)+yz+x=0在点(0，1，-1)处的切平面方程为( )．A．x—y+z=一2B．x+y+z=0C．x一2y+z=一3D．x—y—z=0正确答案：A解析：令F(x，y，z)=x2+cos(xy)+yz+x，则曲面F(x，y，z)在点(0，1，一1)处的法向量为n={F’x，F’y，F’z}={2x-ysin(xy)+1，-xsin(xy)+z，y}｜(0，1，-1)={1，一1，1}，则曲面F(x，y，z)=0在点(0，1，一1)处的切平面方程为1·(x-0)一1·(y 一1)+1·(z+1)=0，即x—y+z=一2．仅A入选．知识模块：多元函数微分学5．[2003年] 已知函数f(x，y)在点(0，0)的某个邻域内连续，且{[f(x，y)-xy]／(x2+y2)2}=1，①则( )．A．点(0，0)不是f(x，y)的极值点B．点(0，0)是f(x，y)的极大值点C．点(0，0)是f(x，y)的极小值点D．根据所给条件无法判别点(0，0)是否为f(x，y)的极值点正确答案：A解析：由极限与无穷小的关系知，在点(0，0)充分小的邻域内有即f(x，y)=xy+(1+α)(x2+y2)2，③其中．又由式①及(x2+y2)=0得到即于是f(x，y)-xy=(1+α)(x2+y2)2，即f(x，y)=xy+(x2+y2)2+α(x2+y2)2，亦即f(x，y)=f(x，y)=f(0，0)=xy+(x2+y2)2+o((x2+y2)2)=xy+(x2+x2)2+o(r2) (r=x2+y2 →0)．当y=x时，f(x，y)—f(0，0)=x2+(x2+y2)2+o(r2)＞0 (0＜r＜σ)．当y=一x 时，f(x，y)一f(0，0)=一x2+(x2+x2)2+o(r2)＜0 (0＜r＜σ)，其中σ是充分小的正数．可知，(0，0)不是f(x，y)的极值点．仅A入选．知识模块：多元函数微分学6．[2011年] 设函数f(x)具有二阶连续导数，且f(x)＞0，f’(0)=0，则函数z=f(x)lnf(y)在点(0，0)处取得极小值的一个充分条件是( )．A．f(0)＞1，f’’(0)＞0B．f(0)＞1，f’’(0)＜0C．f(0)＜1，f’’(0)＞0D．f(0)＜1，f’’(0)＜0正确答案：A解析：若函数z=f(x)lnf(y)在点(0，0)处取得极小值，则得到又由式①有则lnf(0)＞0，即f(0)＞1．②又因lnf(0)＞0，由得到f’’(0)＞0．③由式②、式③得到f(0)＞1，f’’(0)＞0．仅A入选．知识模块：多元函数微分学7．[2014年]∫-ππ(x一a1cosx-b1sinx)2dx={∫-ππ(x一acosx一bsinx)2dx}，则a1cosx+b1sinx=( )．A．2sinxB．2cosxC．2nsinxD．2πcosz正确答案：A解析：∫-ππ(x一acosx一bsinx)2dx=∫-ππ[(x一bsinx)-acosx]2dx=∫-ππ[(x—b sinx)2一2a cosx(x—b sinx)+a2cos2x]2dx=∫-ππ(x2一2bx sinx+b2sin2x+a2cos2x)dx (注意cosx(x一b sinx)为奇函数)=2∫0π(x2一2bx sinx+b2sin2x+a2cos2x)dz，因∫0πxsinxdx=，∫0πsin2x dx=，故F(a，b)=∫-ππ(x-a cosx一b sinx)2dx=π3—4b2π+b37π+a3π①=π(a2+b2一4b)+π3=π[a2+(b-2)2一4]+π3．因而当a=0，b=2时，上述积F(a，b)最小．于是a1=a=0，b1=b=2，a1cosx+b1sinx=2sinx．仅A入选．知识模块：多元函数微分学8．[2006年] 设f(x，y)与φ(x，y)均为可微函数，且φ’y(x，y)≠0．已知(x0，y0)是f(x，y)在约束条件φ(x，y)=0下的一个极值点，下列选项正确的是( )．A．若f’x(x0，y0)=0，则f’y(x0，y0)=0B．若f’x(x0，y0)=0，则f’y(x0，y0)≠0C．若f’x(x0，y0)≠0，则f’y(x0，y0)=0D．若f’x(x0，y0)≠0，则f’y(x0，y0)≠0正确答案：D解析：由拉格朗日乘数法，得消去λ，得f’x(x0，y0）φ’y(x0，y0）一f’y(x0，y0）φ’x(x0，y0）=0．因φ’y(x0，y0）≠0，故因而当f’x(x0，y0）≠0时，必有f’y(x0，y0）≠0．仅D入选．知识模块：多元函数微分学填空题9．[2016年] 设函数f(u，v)可微，z=z(x，y)由方程(x+1)z-y2=x2f(x—z，y)确定，则dz｜(0,1)=______．正确答案：一dx+2dy解析：先在所给方程两边求偏导，得到z+(x+1)z’x>=2xf(x—z，y)+x2f’1·(1一z’x)，(x+1)z’y—2y=x2[f’1·(一z’y)+f’2]．将x=0，y=1代入所给方程得到z-1=0，即z=1，再将x=0，y=1，z=1分别代入上述两式得到1+z’x=2·0·f(0—1，1)+0．f’1·[1一z’x]=0，故z’x=一1．z’y-2=0，故z’y=2．应用微分公式得到dz｜(0，1)=z’xdx+z’ydy=一dx+2dy．知识模块：多元函数微分学10．[2005年] 设函数u(x，y，z)=，单位向量，则=______.正确答案：解析：根据三元函数方向导数的计算公式即有因n=(1，1，1)=n0为单位向量，故cosα=cosβ=cosγ=．由于u=f(x，y，z)=1+x2／6+y2／12+z2／18，P0=(1，2，3)，下面求出函数u在点P0处各个偏导数：则将其代入方向导数的计算公式中得到知识模块：多元函数微分学11．[2012年]grad(xy+z／y)｜(2，1，1)=______．正确答案：3解析：令u=xy+z／y，则故知识模块：多元函数微分学12．[2003年] 曲面z=x2+y2与平面2x+4y—z=0平行的切平面的方程是______．正确答案：2x+4y—z=5解析：设曲面的显式方程为z=f(x，y)，该曲面的法向量为n=(f’x，f’y，一1)=(2x，2y，一1)．设切点坐标为M0(x0，y0，z0)，则过切点M1(x0，y0，z0)的切平面的法向量为n=(2x0，2y0，一1)．由假设有，故x0=1，y0=2，因而z0=x02+y02=5，故所求的切平面方程为2(x一1)+4(y一2)一(z一5)=0，即2x+4y —z=5．知识模块：多元函数微分学13．曲面x2+2y2+3z2=21在点(1，一2，2)处的法线方程为______．正确答案：解析：先求曲面F(x，y，z)=x2+2y2+3z2一21=0在点(1，一2，2)处的法向量．n=(F’x，F’y，F’z)｜(1，-2，2)=(2x，4y，6z)｜(1，-2，2)=(2，一8，12)=2(1，一4，6)，则在点(1，一2，2)处的法线方程为知识模块：多元函数微分学14．[2014年] 曲面z=x2(1一siny)+y2(1一sinx)在点(1，0，1)处的切平面方程为______．正确答案：2x—y一z—1=0解析：令F=x2(1一siny)+y2(1一sinx)-z，则故在点(1，0，1)处的法向量为n={2，一1，一1}，切平面方程为2(x一1)一(y-0)一(z一1)=0，即2x—y一z—1=0．知识模块：多元函数微分学解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。
考研数学二(多元函数微分学)-试卷2
考研数学二（多元函数微分学）-试卷2(总分：68.00，做题时间：90分钟)一、选择题(总题数：11，分数：22.00)1.选择题下列每题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求。
（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________解析：2.二元函数f(x，m，n为正整数，函数在(0，0)处不连续，但偏导数存在，则m，n需满足( ) （分数：2.00）A.m≥2，n＜2B.m≥2，n≥2√C.m＜2，n≥2D.m＜2，，n＜2解析：解析：当(x，y)沿y=kx(k≠0)趋向点(0，0)时，当m≥2，n≥2时，k取不同值，上式结果不唯一，所以函数在(0，0)处极限不存在，故函数不连续．又因为同理可得f y"(0，0)=0，故偏导数存在．当n＜2时，有n=1，因而，函数f(x，y)在(0,0)处连续．同理，当m＜2时，函数f(x，y)在(0，0)处连续．综上，应选(B)．3.函数x=f(x，(0，0)点 ( )（分数：2.00）A.连续，但偏导数不存在B.偏导数存在，但不可微√C.可微D.偏导数存在且连续解析：解析：从讨论函数是否有偏导数和是否可微入手．由于所以f x"(0，0)=0，同理f y"(0，0)=0．令α=△z—f x"(0，0)△x一f y"(0，0)△y= 当(△x，△y)沿y=x趋于(0，0)点时，即α不是ρ的高阶无穷小，因此f(x，y)在(0，0)点不可微，故选(B)．4.函数z=x 3 +y 3一3x 2一3y 2的极小值点是 ( )（分数：2.00）A.(0，0)B.(2，2) √C.(0，2)D.(2，0)解析：解析：，可得到4个驻点(0，0)(2，2)(0，2) 和(2，0)．(0，2)点和(2，0)点，均有AC—B 2＜0，因而这两个点不是极值点．在(0，0)点，AC一B 2 =36＞0，且A=一6＜0，所以(0，0)点是极大值点．在(2，2)点，AC一B 2 =36＞0，且A=12＞0，所以(2，2)点是极小值点，故选(B)．5.函数z=f(x，y)在点(x 0，y 0 )处连续是它在该点偏导数存在的 ( )（分数：2.00）A.必要而非充分条件B.充分而非必要条件C.充分必要条件D.既非充分又非必要条件√解析：解析：在多元函数中，一点连续与一点可偏导无必然联系．6.函数f(x，（分数：2.00）A.等于1B.等于2C.等于0 √D.不存在解析：解析：当xy≠0(x，y)→(0，0)时，由夹逼准则，可得极限值为0．7.(0，0)是函数z的 ( )（分数：2.00）A.极小值点且是最小值点B.极大值点且是最大值点√C.极小值点但非最小值点D.极大值点但非最大值点解析：解析：由极值点的判别条件可知．8.设f(x，y)= 则f x "(2，（分数：2.00）A. √B.C.D.9.z x "(x 0，y 0 )=0和z y "(x 0，y 0 )=0是函数z=z(x，y)在点(x 0，y 0 )处取得极值的( )（分数：2.00）A.必要条件但非充分条件B.充分条件但非必要条件C.充要条件D.既非必要也非充分条件√解析：解析：若z=z(x，(0，0)为其极小值点，但z x "(0，0)，z y "(0，0)均不存在．10.函数f(x， ( )（分数：2.00）A.y轴上的所有点B.x=0，y≥0的点集C.空集√D.x=0，y≤0的点集解析：解析：f(x，y)当x≠0时，为二元连续函数，而当(0，y 0 )为f(x，y)的连续点，故此函数的不连续点为空集．11.函数f(x，(0，0)点 ( )（分数：2.00）A.连续，偏导数存在B.连续，偏导数不存在C.不连续，偏导数存在√D.不连续，偏导数不存在解析：解析：取y=kx，可得f(x，y)在(0，0)处不连续．由偏导数定义，可得f(x，y)在(0，0)处的偏导数存在．二、填空题(总题数：6，分数：12.00)12.函数f(x，y)=ln(x 2 +y 2一1)的连续区域是 1．（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：x 2 +y 2＞1）解析：解析：一切多元初等函数在其有定义的区域内是连续的．（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：0）解析：解析：本题属于基本计算，考研中多次考过这种表达式．14.若函数z=2x 2 +2y 2 +3xy+ax+by+c在点(一2，3)处取得极小值一3．则常数a、b、c之积abc= 1．（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：30）解析：解析：由极值的必要条件知在点(一2，3)处，z x "=0，z y "=0，从而可分别求出a、b、c之值．15.设u=x 4 +y 4一4x 2 y 2 ,则（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：12x 2一8y 2）（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：一sin θ）解析：解析：由x=rcosθ，y=rsinθ，得17.设f(x， f x "(0，1)= 1．（分数：2.00）填空项1:__________________ （正确答案：正确答案：1）三、解答题(总题数：17，分数：34.00)18.解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。
(完整版)多元函数微分学及其应用习题解答
(((x 2 + y 2 ≤ 1, x+ y }(1- (t + 4) 2 解：令 t=xy ， lim = lim= lim 2=- t →0 t →0习题 8-11. 求下列函数的定义域：(1) z =解： x -x - y ；y ≥ 0, y ≥ 0 ⇒ D ={x, y ) y ≥ 0, x ≥ y }x(2) z = ln( y - x) +；1 - x2 - y 2解： y - x ≥ 0, x ≥ 0,1 - x 2 - y 2 ⇒ D ={ x , y ) y > x ≥ 0 且 x2+ y 2 < 1}(3) u = R 2 - x 2 - y 2- z 2 +1x 2 + y 2+ z 2 - r 2(R > r > 0) ；解： 0 ≤ R 2 - x 2 - y 2 - z 2，0 < x 2 + y 2 + z 2 - r 2 ⇒⇒ D = {x , y , z ) r 2< x 2 + y 2 + z 2 ≤ R 2}(4) u = arccoszx 2 + y 2。
解：z2 2 ≠ 0 ⇒ D = {x, y ) z ≤x 2 + y 2 且 x 2 + y 2≠ 02. 求下列多元函数的极限:：(1) lim ln( x + e y )x →1 x 2 + y 2y →0；解： limx →1y →0ln( x + e y ) x 2 + y 2 = ln(1+ 1)1= ln 2(2) lim 2 - xy + 4x →0xy y →0；1- 2 - xy + 4 2 t + 4 1 x →0xy t 1 4 y →01 / 28x →0 y →0x →0lim x +y = , m 不同时,极值也不同,所以极限不存在 。
(3) lim sin xyx →0x y →5；sin xy sin xy解： lim = 5lim = 5x →0 x 5xy →5y →01 - cos( x2 + y 2 ) (4) lim( x 2 + y 2 )e x 2 y 2；x →0 y →0解：Q 1 - cos( x 2 + y 2 ) = 2(sinx 2 + y 2 2)2 ,∴ l im x →0 y →01 - cos( x2 + y 2 ) 1= 2 ⋅ ⋅ 0 = 0( x 2 + y 2 )e x 2 y 2 2(5) lim( x 2 + y 2 ) xy 。
考研高数多元函数微分学
多元函数微分学一、基本概念1、 二元函数连续设函数),(y x f 在区域D 内有定义，且D z y x P ∈),,(0000若则称函数),(y x f 在点),,(0000z y x P 连续2、 偏导数设二元函数),(y x f z =在点),(00y x 的某去心邻域内有定义，则=∂∂='==00),(00y y x x x xzy x f =∂∂='==00),(00y y x x y y zy x f3、 全微分 若),(y x f z =在点),(y x 的全增量可表示为=-∆+∆+=∆),(),(y x f y y x x f z则称函数),(y x f z =在点),(y x 可微分全微分为=dz注：①若函数),(y x f z =在点),(y x 可微，则函数),(y x f z =在点),(y x 必定 反之，若函数),(y x f z =在点),(y x ，则函数),(y x f z =在点),(y x 不可微②若函数),(y x f z =在点),(y x 可微，则必有),(y x f x '，),(y x f y '存在且=dz③可微的充要条件若),(y x f z =的偏导数),(y x f x '，),(y x f y '在点),(y x 连续，则函数在该点可微0)()(]),(),([lim 220=∆+∆∆'+∆'-∆→y x y y x f x y x f z y x ρ小结：（1）一元函数可微⇔可导⇒连续⇒极限存在（2）二元函数偏导数连续⇔可微⇒连续⇒极限存在⇓1、设连续函数),(y x f z =满足0)1(22),(lim 22)1,0(),(=-+-+-→y x y x y x f y x ，则___________)1,0(=dz2、设42),(y x e y x f +=，则函数在原点的偏导数存在的情况是【 】（A ）)0,0(x f '存在，)0,0(y f '存在（Ｂ）)0,0(x f '存在，)0,0(y f '不存在（Ｃ）)0,0(x f '不存在，)0,0(y f '存在（Ｄ）)0,0(x f '不存在，)0,0(y f '不存在3、设函数⎪⎩⎪⎨⎧=≠+=)0,0(),(0)0,0(),(),(22y x y x y x xy y x f ，求)0,0(x f '，)0,0(y f '，),(lim 00y x f y x →→4 、设函数⎪⎩⎪⎨⎧=≠+=)0,0(),(0)0,0(),(),(22y x y x y x xy y x f 问),(y x f 在)0,0(点处是否连续，是否可微？5、 设⎪⎩⎪⎨⎧=+≠++=000),(2222222y x y x y x y x y x f ，在)0,0(点函数【 】（A ）不连续 （B ）连续，但偏导数不存在（C ）连续且偏导数都存在，但不可微 （D ）可微二、偏导数的计算6、已知2=-z ye xz ，求)0,1(x z ∂∂，)0,1(y z ∂∂，)0,1(2y x z ∂∂∂7、设二元函数)1ln()1(y x xez y x +++=+，求)0,1(dz8、设32z xy u =，其中),(y x z z =是由xyz z y x 3222=++所确定的隐函数，求)1,1,1(x u ∂∂9、设x y e x z )(+=，求)0,1(x z ∂∂10、设函数y x yx z )1(+=，求)1,1(dz11、设)(22y z y y x ϕ=+，其中ϕ连续可导，求xz ∂∂注：隐函数求导公式设由方程0),,(=z y x F 确定函数),(y x f z =，求x z ∂∂，yz ∂∂ 方程两边对x 求导得：方程两边对y 求导得：12、设2),,(yz e z y x f x =，其中),(y x z z =是由0=+++xyz z y x 确定的隐函数，求)1,1,0(-'x f13、设0),,(=z y x F ，求y x z y x z ∂∂⋅∂∂⋅∂∂14、设)(u xF xy z +=，而xy u =，)(u F 为可导函数，求y z y x z x ∂∂+∂∂15、已知y x y x y x y x f arctan arctan ),(22-=，求y x f ∂∂∂216、设v u z =，22lny x u +=，xy v arctan =，求dz17、设函数),,(z y x f u =有连续偏导数，且),(y x z z =由方程z y x ze ye xe =-所确定，求du18、设),(y x z z =是由方程)(22z y x z y x ++=-+ϕ所确定的函数，其中ϕ具有二阶导数且1-≠'ϕ（1）求dz（2）记)(1),(y z x z y x y x u ∂∂-∂∂-=，求xu ∂∂。
高等数学习题详解-第7章多元函数微分学
1. 指出下列各点所在的坐标轴、坐标面或卦限：A (2，1,-6)，B (0，2，0)，C (-3，0,5)，D (1，-1，-7).解：A 在V 卦限，B 在y 轴上，C 在xOz 平面上，D 在VIII 卦限。
2. 已知点M (-1，2，3)，求点M 关于坐标原点、各坐标轴及各坐标面的对称点的坐标. 解：设所求对称点的坐标为(x ，y ，z )，则(1) 由x -1=0，y +2=0，z +3=0，得到点M 关于坐标原点的对称点的坐标为：(1，-2，-3). (2) 由x =-1，y +2=0，z +3=0，得到点M 关于x 轴的对称点的坐标为：(-1，-2，-3). 同理可得：点M 关于y 轴的对称点的坐标为：(1， 2，-3)；关于z 轴的对称点的坐标为：(1，-2，3).(3)由x =-1，y =2，z +3=0，得到点M 关于xOy 面的对称点的坐标为：(-1， 2，-3).同理，M 关于yOz 面的对称点的坐标为：(1， 2，3)；M 关于zOx 面的对称点的坐标为：(-1，-2，3).3. 在z 轴上求与两点A (-4，1，7)和B (3，5，-2)等距离的点. 解: 设所求的点为M (0，0，z )，依题意有|MA |2=|MB |2，即(-4-0)2+(1-0)2+(7-z)2=(3-0)2+(5-0)2+(-2-z)2.解之得z =11，故所求的点为M (0，0，149). 4. 证明以M 1(4,3,1)，M 2(7,1,2)，M 3(5,2,3)三点为顶点的三角形是一个等腰三角形. 解：由两点距离公式可得21214M M =，2213236,6M M M M ==所以以M 1(4,3,1)，M 2(7,1,2)，M 3(5,2,3)三点为顶点的三角形是一个等腰三角形. 5. 设平面在坐标轴上的截距分别为a =2,b =－3,c =5,求这个平面的方程.解：所求平面方程为1235y x z++=-。
考研数学三(多元函数微分学)-试卷2.doc
考研数学三（多元函数微分学）-试卷2(总分：70.00，做题时间：90分钟)一、选择题(总题数：12，分数：24.00)1.选择题下列每题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求。
（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________2. 2.00）A.等于0B.不存在C.D.3.设 2.00）A.B.C.D.4. 2.00）A.等于0B.不存在C.D.存在且不等于05.设u=f(r)，而f(r) 2.00）A.B.C.D.6.考虑二元函数f(x，y)的下面4条性质：①f(x，y)在点(x 0，y 0)处连续；②f(x，y)在点(x 0，y 0)处的两个偏导数连续；③f(x，y)在点(x 0，y 0 )处可微；④f(x，y)在点(x 0，y 0 )处的两个偏导数存在．若用“P推出性质Q，则有 2.00）A.B.C.D.7.设函数u=u(x，y)满足u(x，2x)=x，uˊ1(x，2x)=x 2，u有二阶连续偏导数，则uˊˊ11(x，2.00）A.B.C.D.8.利用变量代换u=x， 2.00）A.B.C.D.9.若函数f 2.00）A.x+yB.x－yC.x 2－y 2D.(x+y) 210.已知du(x，y)=[axy 3 +cos(x+2y)]dx+[3x 2 y 2 +bcos(x+2y)]dy，则 ( )（分数：2.00）A.a=2，b=－2B.a=3，b=2C.a=2，b=2D.a=－2，b=211.设u(x，y)在平面有界闭区域D 2.00）A.最大值点和最小值点必定都在D的内部B.最大值点和最小值点必定都在D的边界上C.最大值点在D的内部，最小值点在D的边界上D.最小值点在D的内部，最大值点在D的边界上12.设函数z=(1+e y )cosx－ye y，则函数z=f(x，y) ( )（分数：2.00）A.无极值点B.有有限个极值点C.有无穷多个极大值点D.有无穷多个极小值点二、填空题(总题数：5，分数：10.00)13.设f可微，则由方程f(cx－az，cy－bz)=0确定的函数z=z(x，y)满足azˊx +bzˊx = 1．（分数：2.00）填空项1:__________________14.设函数z=z(x，y)由方程sinx+2y－z=e z所确定，则 2.00）填空项1:__________________15.函数f(x，y，z)=－2x 2在条件x 2－y 2－2z 2 =2下的极大值是 1．（分数：2.00）填空项1:__________________16. 2.00）填空项1:__________________17.设z=e sinxy，则dz= 1．（分数：2.00）填空项1:__________________三、解答题(总题数：18，分数：36.00)18.解答题解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。
考研数学历年真题(1987-2013)数一 多元微分学 重积分
∫
x+ y
x− y
ψ (t ) dt , 其中函数 ϕ 具有二阶导
∂ 2u ∂ 2u = ∂x∂y ∂x 2
∂ 2u ∂ 2u = − ∂x 2 ∂y 2
(B)
∂ 2u ∂ 2u = ∂x 2 ∂y 2
(C)
∂ 2u ∂ 2u = ∂x∂y ∂y 2
(D)
40. （2005) 设有三元方程 xy − z ln y + e xz = 1 ,根据隐函数存在定理,存在点 (0,1,1) 的一个邻 域,在此邻域内该方程 (A)只能确定一个具有连续偏导数的隐函数 z = z ( x, y ) (B)可确定两个具有连续偏导数的隐函数 x = x ( y, z ) 和 z = z ( x, y ) (C)可确定两个具有连续偏导数的隐函数 y = y ( x, z ) 和 z = z ( x, y ) (D)可确定两个具有连续偏导数的隐函数 x = x ( y, z ) 和 y = y ( x, z ) 41. （ 2005) 设 D = {( x, y ) x + y ≤
∫∫ ( xy + cos x sin y)dxdy 等于
D
∫∫ cos x sin ydxdy
D1
(B) 2
∫∫ xydxdy
D1
(C) 4
∫∫ ( xy + cos x sin y )dxdy
D1
(D)0
11.（1991)
y2 = 2z 2 2 ( x + y + z ) dv , 其中 是由曲线 绕 z 轴旋转一周而成的曲面与平 Ω ∫∫∫ x=0 Ω
x y
x y
∂2 z . ∂x∂y
32. （2001) r =
考研资料数学高数真题分类—多元函数积分学.doc
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多元函数积分学综述：多元函数积分学是对一元函数的不定积分与定积分相关知识的推广，主要涉及重积分和曲线、曲面积分的计算与应用.本章在考研数学数学一的考试中所占的比重非常大，一般来说，每次考试平均会出两道大题、一道小题，所占分值在24分左右.本章的主要知识点有：各种积分（二重积分、三重积分，对弧长的曲线积分，对坐标的曲线积分，对面积的曲面积分，对坐标的曲面积分）的定义与性质，各种积分的基本计算方法，联系各种积分的公式（格林公式，高斯公式，斯托克斯公式），以及场论的一些初级的知识.考生复习的时候要注意：1.定积分是所有积分的基础，计算其它积分本质上也是在计算定积分，而所有积分定义本质上也都是和定积分一致的.2.具体地来说，计算二重积分等价于计算两次定积分，计算三重积分等价于计算三次定积分.对于重积分，考生主要要掌握各种坐标的定限方法和适用范围.3.而对弧长和对坐标的曲线积分的计算本质上也都是定积分的计算.其中，考试对对弧长的曲线积分要求较低，只需掌握计算公式即可.而对对坐标的曲线积分，除了要掌握计算公式，还需要理解它和对弧长的曲线积分之间的关系，更重要的还需要掌握格林公式以及由它所引申出的积分与路径无关的条件以及二元函数的全微分等知识点.这是本章的第一个重点.4.然后，对面积的曲面积分和对坐标的曲面积分的计算本质上是二重积分的计算.其中考试对对面积的曲面积分要求较低，掌握计算公式即可.对坐标的曲面积分这一块考点较多：首先要掌握基本的计算公式和两类曲面积分之间的关系，然后还需要重点掌握高斯公式以及斯托克斯公式的应用.这是本章的另一个重点.本章常考的题型有：1.二重积分的计算，2.三重积分的计算；3.对弧长的曲线积分的计算；4.极对坐标的曲线积分的计算，5.格林公式的应用，6.对积分与路径无关的条件的考查，7.二元函数的全微分，8.对面积的曲面积分的计算，9.对坐标的曲面积分的计算，10.高斯公式的应用，11.斯托克斯公式的应用，12.综合应用，13.场论初步.常考题型一：二重积分的定义与性质常考题型一：二重积分的性质1.【2005—3 4分】 设σd y x I D⎰⎰+=221cos ,σd y x I D ⎰⎰+=)cos(222,σd y x I D⎰⎰+=2223)cos(, 其中}1),{(22≤+=y x y x D ，则（ ）()A 123I I I >>. ()B 321I I I >>. ()C 312I I I >>. ()D 213I I I >>.常考题型二：二重积分的计算1．交换积分次序2.【2004-1 4分】设函数()f u 连续, 区域{}22(,)2D x y x y y =+≤, 则()Df xy dxdy ⎰⎰等于（ ）()A11()dx f xy dy -⎰⎰()B 22()dy f xy dx ⎰⎰()C 2sin 20(sin cos )d f r dr πθθθθ⎰⎰()D 2sin 20(sin cos )d f r rdr πθθθθ⎰⎰3.【2007-2 4分】设函数(,)f x y 连续，则二重积分1sin 2d (,)d xx f x y y ππ⎰⎰等于（ ）()A 10arcsin d (,)d yy f x y x ππ+⎰⎰()B 10arcsin d (,)d yy f x y x ππ-⎰⎰()C 1arcsin 02d (,)d yy f x y x ππ+⎰⎰()D 1arcsin 02d (,)d yy f x y x ππ-⎰⎰4.【2009-1 4分】设函数(),f x y 连续，则()()222411,,yxydx f x y dy dy f x y dx -+=⎰⎰⎰⎰（ ）()A ()2411,xdx f x y dy -⎰⎰()B ()241,xxdx f x y dy -⎰⎰()C ()2411,ydy f x y dx-⎰⎰()D ()221,ydy f x y dx ⎰⎰5.【2004-1 4分】设()f x 为连续函数，⎰⎰=ttydx x f dy t F 1)()(，则)2(F '等于（）()A ()22f ()B ()2f ()C ()2f -()D 06.【2001-1 3分】交换二次积分的积分次序：()0112,ydy f x y dx --=⎰⎰.7.【2002—3 4分】交换积分次序：()()111422104,,yydy f x y dx dy f x y dx +=⎰⎰⎰8.【2014—3 4分】二次积分2211()________.x y yedy e dx x-=⎰⎰ 【小结】：交换积分次序的一般步骤：根据现有的积分次序画出积分区域；选择另一种次序确定上下限、写出新的累次积分，如果有必要，可以分类讨论.2.直接利用直角坐标计算二重积分9．【1999-3】设(,)f x y 连续，且(,)(,)Df x y xy f u v dudv =+⎰⎰，其中D 是由20,,1y y x x ===所围成的区域，则(,)f x y 等于 ( )(A)xy (B)2xy (C)18xy +(D)1xy + 10.【2003-4】设0a >，，x a x g x f 其他若,10,0,)()(≤≤⎩⎨⎧==而D 表示全平面，则⎰⎰-=Ddxdy x y g x f I )()(=.11.【2005-1 9分】计算二重积分σd y x D⎰⎰-+122，其中}10,10),{(≤≤≤≤=y x y x D .12.【2008-1 11分】求二重积分max(,1),Dxy dxdy ⎰⎰其中{(,)02,02}D x y x y =≤≤≤≤13.【2011-1 11分】已知函数(,)f x y 具有二阶连续偏导数，且(1,)0,(,1)0f y f x ==，(,)Df x y dxdy a=⎰⎰，其中{(,)|01,01}D x y x y =≤≤≤≤计算二重积分(,)xy DI xyf x y dxdy ''=⎰⎰14.【1998—3 7分】计算二重积分Dydxdy ⎰⎰，其中D 是由直线2,0,2x y y =-==以及曲线x =.15.【2001—3 6分】求二重积分()22121x y Dy xe dxdy +⎡⎤+⎢⎥⎣⎦⎰⎰的值，其中D 是由直线,1y x y ==-，1x =围成的平面区域.16.【2006—3 7分】计算二重积分d Dx y ，其中D 是由直线,1,0y x y x ===所围成的平面区域.17.【2012—3 10分】计算二重积分x De xydxdy ⎰⎰，其中D为由曲线y =与y =所围区域。
考研数学高数8多元函数微分学
第八讲：多元函数的微分学多元函数概念定义1 设D 是R 2的一个非空子集, 称映射f : D →R 为定义在D 上的二元函数, 通常记为z =f (x , y ), (x , y )∈D (或z =f (P ), P ∈D )其中点集D 称为该函数的定义域, x , y 称为自变量, z 称为因变量.一般地, 把定义1中的平面点集D 换成n 维空间R n 内的点集D , 映射f : D →R 就称为定义在D 上的n 元函数, 通常记为u =f (x 1, x 2, ⋅ ⋅ ⋅ , x n ), (x 1, x 2, ⋅ ⋅ ⋅ , x n )∈D ,函数z =ln(x +y )的定义域为{(x , y )|x +y >0}(无界开区域);函数z =arcsin(x 2+y 2)的定义域为{(x , y )|x 2+y 2≤1}(有界闭区域).二元函数的图形: 点集{(x , y , z )|z =f (x , y ), (x , y )∈D }称为二元函数z =f (x , y )的图形, 二元函数的图形是一张曲面.例如 z =ax +by +c 是一张平面, 而函数z =x 2+y 2的图形是旋转抛物面.多元函数的极限 定义2 若A y x f y x y x =→),(lim ),(),(00, 或f (x , y )→A ((x , y )→(x 0, y 0)), 则称常数A 为函数f (x , y )当(x , y )→(x 0, y 0)时的极限,上述定义的极限也称为二重极限.例：设22221sin)(),(y x y x y x f ++=, 求证0),(lim )0,0(),(=→y x f y x .必须注意:(1)二重极限存在, 是指P 以任何方式趋于P 0时, 函数都无限接近于A .(2)如果当P 以两种不同方式趋于P 0时, 函数趋于不同的值, 则函数的极限不存在. 讨论:函数⎪⎩⎪⎨⎧=+≠++=000 ),(2222y x y x y x xy y x f 在点(0, 0)有无极限？提示: 当点P (x , y )沿x 轴趋于点(0, 0)时,00lim )0 ,(lim ),(lim 0)0,0(),(===→→→x x y x x f y x f ;当点P (x , y )沿y 轴趋于点(0, 0)时,00lim ) ,0(lim ),(lim 0)0,0(),(===→→→y y y x y f y x f .当点P (x , y )沿直线y =kx 有22222022 )0,0(),(1lim lim k k x k x kx y x xy x kxy y x +=+=+→=→.因此, 函数f (x , y )在(0, 0)处无极限.例：求x xy y x )sin(lim )2,0(),(→. 解: y xy xy x xy y x y x ⋅=→→)sin(lim )sin(lim)2,0(),()2,0(),(y xy xy y x y x )2,0(),()2,0(),(lim )sin(lim →→⋅==1⨯2=2.偏导数偏导数的定义及其计算对于二元函数z =f (x , y ), 如果只有自变量x 变化, 而自变量y 固定, 这时它就是x 的一元函数, 这函数对x 的导数, 就称为二元函数z =f (x , y )对于x 的偏导数.定义 设函数z =f (x , y )在点(x 0, y 0)的某一邻域内有定义, 当y 固定在y 0而x 在x 0处有增量∆x 时, 相应地函数有增量f (x 0+∆x , y 0)-f (x 0, y 0).如果极限xy x f y x x f x ∆-∆+→∆),(),(lim00000存在, 则称此极限为函数z =f (x , y )在点(x 0, y 0)处对x 的偏导数, 记作00y y x x x z==∂∂, 00y y x x x f ==∂∂, 00y y x x xz ==, 或),(00y x f x .例如xy x f y x x f y x f x x ∆-∆+=→∆),(),(lim),(0000000.类似地, 函数z =f (x , y )在点(x 0, y 0)处对y 的偏导数定义为yy x f y y x f y ∆-∆+→∆),(),(lim00000,记作y y x x y z ==∂∂, 00y y x x y f ==∂∂,0y y x x yz ==, 或f y (x 0, y 0).偏导函数: 如果函数z =f (x , y )在区域D 内每一点(x , y )处对x 的偏导数都存在, 那么这个偏导数就是x 、y 的函数, 它就称为函数z =f (x , y )对自变量x 的偏导函数, 记作x z ∂∂, xf ∂∂, x z , 或),(y x f x.偏导函数的定义式: x y x f y x x f y x f x x ∆-∆+=→∆),(),(lim ),(0.类似地, 可定义函数z =f (x , y )对y 的偏导函数, 记为y z ∂∂, yf ∂∂, z y , 或),(y x f y . 偏导函数的定义式: yy x f y y x f y x f y y ∆-∆+=→∆),(),(lim ),(0.求x f ∂∂时, 只要把y 暂时看作常量而对x 求导数; 求yf ∂∂时, 只要把x 暂时看作常量而对y 求导数.偏导数的概念还可推广到二元以上的函数. 例如三元函数u =f (x , y , z )在点(x , y , z )处对x 的偏导数定义为 xz y x f z y x x f z y x f x x ∆-∆+=→∆),,(),,(lim ),,(0,例1 求z =x 2+3xy +y 2在点(1, 2)处的偏导数. 解y x xz 32+=∂∂, y x y z 23+=∂∂. 8231221=⋅+⋅=∂∂==y x x z,7221321=⋅+⋅=∂∂==y x yz .例2 求z =x 2sin 2y 的偏导数.解y x xz 2sin 2=∂∂, y x y z 2cos 22=∂∂.例3 设)1,0(≠>=x x x z y , 求证: zyz x x z y x 2ln 1=∂∂+∂∂.证1-=∂∂y yx xz , x x y z y ln =∂∂.zx x x x xyx y x y z x x z y x y y y y 2ln ln 1ln 11=+=+=∂∂+∂∂-.例4 求222z y x r ++=的偏导数. 解 r x z y x x x r =++=∂∂222; ry z y x y y r =++=∂∂222.二元函数z =f (x , y )在点(x 0, y 0)的偏导数的几何意义:f x (x 0, y 0)=[f (x , y 0)]x '是截线z =f (x , y 0)在点M 0处切线T x 对x 轴的斜率. f y (x 0, y 0) =[f (x 0, y )]y '是截线z =f (x 0, y )在点M 0处切线T y 对y 轴的斜率.偏导数与连续性: 对于多元函数来说, 即使各偏导数在某点都存在, 也不能保证函数在该点连续. 例如⎪⎩⎪⎨⎧=+≠++=000 ),(222222y x y x y x xy y x f在点(0, 0)有, f x (0, 0)=0, f y (0, 0)=0, 但函数在点(0, 0)并不连续. 提示:0)0 ,(=x f , 0) ,0(=y f ; 0)]0 ,([)0 ,0(==x f dxd f x , 0)] ,0([)0 ,0(==y f dy d f y.当点P (x , y )沿x 轴趋于点(0, 0)时, 有00lim )0 ,(lim ),(lim)0,0(),(===→→→x x y x x f y x f ;当点P (x , y )沿直线y =kx 趋于点(0, 0)时, 有20 )0,0(),(1lim lim k k x k x kx y x xy x kxy y x +=+=+→=→.因此, ),(lim )0,0(),(y x f y x →不存在, 故函数f (x , y )在(0, 0)处不连续.类似地, 可定义函数z =f (x , y )对y 的偏导函数, 记为y z ∂∂, yf ∂∂, z y , 或),(y x f y . 偏导函数的定义式: yy x f y y x f y x f y y ∆-∆+=→∆),(),(lim ),(0.高阶偏导数设函数z =f (x , y )在区域D 内具有偏导数),(y x f x z x=∂∂, ),(y x f y z y =∂∂,那么在D 内f x (x , y )、f y (x , y )都是x , y 的函数. 如果这两个函数的偏导数也存在, 则称它们是函数z =f (x , y )的二偏导数. 按照对变量求导次序的为同有下列四个二阶偏导数 如果函数z =f (x , y )在区域D 内的偏导数f x (x , y )、f y (x , y )也具有偏导数, 则它们的偏导数称为函数z =f (x , y )的二阶偏导数. 按照对变量求导次序的 不同有下列四个二阶偏导数),()(22y x f x z x z x xx =∂∂=∂∂∂∂, ),()(2y x f y x z x z y xy=∂∂∂=∂∂∂∂,),()(2y x f x y z y z x yx =∂∂∂=∂∂∂∂, ),()(22y x f y z y z y yy =∂∂=∂∂∂∂.其中),()(2y x f y x z x z y xy =∂∂∂=∂∂∂∂, ),()(2y x f xy z y z x yx =∂∂∂=∂∂∂∂称为混合偏导数. 22)(x z x z x ∂∂=∂∂∂∂, y x z x z y ∂∂∂=∂∂∂∂2)(,x y z y z x ∂∂∂=∂∂∂∂2)(, 22)(y z y z y ∂∂=∂∂∂∂.同样可得三阶、四阶、以及n 阶偏导数. 二阶及二阶以上的偏导数统称为高阶偏导数.例6 设z =x 3y 2-3xy 3-xy +1, 求22x z ∂∂、33xz ∂∂、x y z ∂∂∂2和y x z ∂∂∂2.解y y y x xz --=∂∂32233, x xy y x y z --=∂∂2392;2226xy x z =∂∂, 2336y x z =∂∂;196222--=∂∂∂y y x y x z , 196222--=∂∂∂y y x xy z .由例6观察到的问题:yx z x y z ∂∂∂=∂∂∂22 定理： 如果函数z =f (x , y )的两个二阶混合偏导数x y z ∂∂∂2及yx z ∂∂∂2在区域D 内连续, 那么在该区域内这两个二阶混合偏导数必相等.类似地可定义二元以上函数的高阶偏导数.例7 验证函数22ln y x z +=满足方程02222=∂∂+∂∂yz x z . 证 因为)ln(21ln 2222y x y x z +=+=, 所以y x x x z +=∂∂, 22y x y y z +=∂∂, 222222222222)()(2)(y x x y y x x x y x x z +-=+⋅-+=∂∂,222222222222)()(2)(y x y x y x y y y x y z +-=+⋅-+=∂∂. 因此 0)()(22222222222222=+-++-=∂∂+∂∂y x x y y x y x y z x z . 例8．证明函数r u 1=满足方程0222222=∂∂+∂∂+∂∂z u y u x u , 其中222z y x r ++=.证:32211r x r x r x r r x u -=⋅-=∂∂⋅-=∂∂,52343223131r x r x r r x r x u +-=∂∂⋅+-=∂∂.同理 5232231ry r y u +-=∂∂, 5232231r z r z u +-=∂∂. 因此)31()31()31(523523523222222r z r r y r r x r z u y u x u +-++-++-=∂∂+∂∂+∂∂033)(3352352223=+-=+++-=r r r r z y x r . 提示: 233323)()(rx r r x r r r x x r r x x x u ∂∂⋅--=∂∂⋅--=-∂∂=∂∂.全微分根据一元函数微分学中增量与微分的关系, 有 偏增量与偏微分:f (x +∆x , y )-f (x , y )≈f x (x , y )∆x ,f (x +∆x , y )-f (x , y )为函数对x 的偏增量, f x (x , y )∆x 为函数对x 的偏微分; f (x , y +∆y )-f (x , y )≈f y (x , y )∆y ,f (x , y +∆y )-f (x , y )为函数)对y 的偏增量, f y (x , y )∆y 为函数对y 的偏微分. 全增量: ∆z = f (x +∆x , y +∆y )-f (x , y ).计算全增量比较复杂, 我们希望用∆x 、∆y 的线性函数来近似代替之. 定义 如果函数z =f (x , y )在点(x , y )的全增量 ∆z = f (x +∆x , y +∆y )-f (x , y ) 可表示为) )()(( )(22y x o y B x A z ∆+∆=+∆+∆=∆ρρ,其中A 、B 不依赖于∆x 、∆y 而仅与x 、y 有关, 则称函数z =f (x , y )在点(x , y )可微分, 而称A ∆x +B ∆y 为函数z =f (x , y )在点(x , y )的全微分, 记作dz , 即 dz =A ∆x +B ∆y .如果函数在区域D 内各点处都可微分, 那么称这函数在D 内可微分. 可微与连续: 可微必连续, 但偏导数存在不一定连续. 这是因为, 如果z =f (x , y )在点(x , y )可微, 则 ∆z = f (x +∆x , y +∆y )-f (x , y )=A ∆x +B ∆y +o (ρ), 于是 0lim 0=∆→z ρ,从而),(]),([lim ),(lim 0)0,0(),(y x f z y x f y y x x f y x =∆+=∆+∆+→→∆∆ρ.因此函数z =f (x , y )在点(x , y )处连续.可微条件:定理1(必要条件)如果函数z =f (x , y )在点(x , y )可微分, 则函数在该点的偏导数x z ∂∂、yz ∂∂必定存在, 且函数z =f (x , y )在点(x , y )的全微分为 y yz x x z dz ∆∂∂+∆∂∂=.例如,函数⎪⎩⎪⎨⎧=+≠++=0 00 ),(222222y x y x y x xy y x f 在点(0, 0)处虽然有f x (0, 0)=0及f y (0, 0)=0, 但函数在(0, 0)不可微分, 即∆z -[f x (0, 0)∆x +f y (0, 0)∆y ]不是较ρ高阶的无穷小. 这是因为当(∆x , ∆y )沿直线y =x 趋于(0, 0)时, ρ])0 ,0()0 ,0([y f x f z y x ∆⋅+∆⋅-∆021)()()()(2222≠=∆+∆∆⋅∆=∆+∆∆⋅∆=x x x x y x yx .定理2(充分条件) 如果函数z =f (x , y )的偏导数x z ∂∂、yz ∂∂在点(x , y )连续, 则函数在该点可微分.例1 计算函数z =x 2y +y 2的全微分. 解 因为xy xz 2=∂∂, y x y z 22+=∂∂,所以dz =2xydx +(x 2+2y )dy .例2 计算函数z =e xy 在点(2, 1)处的全微分. 解 因为xy ye xz =∂∂, xy xe y z =∂∂,212e x z y x =∂∂==, 2122e y z y x =∂∂==, 所以 dz =e 2dx +2e 2dy . 例3 计算函数yze y x u ++=2sin 的全微分. 解 因为1=∂∂xu , yz ze y y u +=∂∂2cos 21, yz ye z u =∂∂,所以 dz ye dy ze y dx du yz yz +++=)2cos 21(.多元复合函数的求导法则设z =f (u , v ), 而u =ϕ(t ), v =ψ(t ), 如何求dtdz ？ 设z =f (u , v ), 而u =ϕ(x , y ), v =ψ(x , y ), 如何求x z ∂∂和yz ∂∂？1. 复合函数的中间变量均为一元函数的情形定理1 如果函数u =ϕ(t )及v =ψ(t )都在点t 可导, 函数z =f (u , v )在对应点(u , v )具有连续偏导数, 则复合函数z =f [ϕ(t ), ψ(t )]在点t 可导, 且有dtdv v z dt du u z dt dz ⋅∂∂+⋅∂∂=. 简要证明: 因为z =f (u , v )具有连续的偏导数, 所以它是可微的, 即有 dv vz du u z dz ∂∂+∂∂=. 又因为u =ϕ(t )及v =ψ(t )都可导, 因而可微, 即有 dt dt du du =, dt dtdv dv =, 代入上式得dt dt dv v z dt dt du u z dz ⋅∂∂+⋅∂∂=dt dt dv v z dt du u z )(⋅∂∂+⋅∂∂=, 从而dtdv v z dt du u z dt dz ⋅∂∂+⋅∂∂=.推广: 设z =f (u , v , w ), u =ϕ(t), v =ψ(t ), w =ω(t ), 则z =f [ϕ(t), ψ(t ), ω(t )]对t 的导数为:dtdw w z dt dv v z dt du u z dt dz ∂∂+∂∂+∂∂=. 上述dtdz 称为全导数.2. 复合函数的中间变量均为多元函数的情形定理2 如果函数u =ϕ(x , y ), v =ψ(x , y )都在点(x , y )具有对x 及y 的偏导数, 函数z =f (u , v )在对应点(u , v )具有连续偏导数, 则复合函数z =f [ϕ(x , y ), ψ(x , y )]在点(x , y )的两个偏导数存在, 且有x v v z x u u z x z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂, yv v z y u u z y z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂. 推广: 设z =f (u , v , w ), u =ϕ(x , y ), v =ψ(x , y ), w =ω(x , y ), 则x w w z x v v z x u u z x z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂, yw w z y v v z y u u z y z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂. 讨论:(1)设z =f (u , v ), u =ϕ(x , y ), v =ψ(y ), 则=∂∂xz ？=∂∂y z ？提示:x u u z x z ∂∂⋅∂∂=∂∂, dydv v z y u u z y z ⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂.(2)设z =f (u , x , y ), 且u =ϕ(x , y ), 则=∂∂xz ？=∂∂y z ？提示:x f x u u f x z ∂∂+∂∂∂∂=∂∂, yf y u u f y z ∂∂+∂∂∂∂=∂∂.这里x z ∂∂与x f ∂∂是不同的, x z ∂∂是把复合函数z =f [ϕ(x , y ), x , y ]中的y 看作不变而对x 的偏导数, xf ∂∂是把f (u , x , y )中的u 及y 看作不变而 对x 的偏导数. y z ∂∂与y f ∂∂也朋类似的区别.3．复合函数的中间变量既有一元函数, 又有多元函数的情形定理3 如果函数u =ϕ(x , y )在点(x , y )具有对x 及对y 的偏导数, 函数v =ψ(y )在点y 可导, 函数z =f (u , v )在对应点(u , v )具有连续偏导数, 则复合函数z =f [ϕ(x , y ), ψ(y )]在点(x , y )的两个偏导数存在, 且有 x u u z x z ∂∂⋅∂∂=∂∂, dydv v z y u u z y z ⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂.例1 设z =e u sin v , u =xy , v =x +y , 求x z ∂∂和yz ∂∂. 解xv v z x u u z x z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂ =e u sin v ⋅y +e u cos v ⋅1 =e x y [y sin(x +y )+cos(x +y )],yvv z y u u z y z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂=e u sin v ⋅x +e u cos v ⋅1 =e xy [x sin(x +y )+cos(x +y )]. 例2 设222),,(z y x e z y x f u ++==, 而y x z sin 2=. 求x u ∂∂和yu ∂∂. 解xzz f x f x u ∂∂⋅∂∂+∂∂=∂∂y x ze xe z y xz y xsin 222222222⋅+=++++yx y x e y x x 2422sin 22)sin 21(2++++=.yz z f y f y u ∂∂⋅∂∂+∂∂=∂∂ y x ze ye z y xz y xcos 222222222⋅+=++++y x y xe y y x y 2422sin 4)cos sin (2+++=.例3 设z =uv +sin t , 而u =e t , v =cos t . 求全导数dtdz . 解tz dt dv v z dt du u z dt dz ∂∂+⋅∂∂+⋅∂∂= =v ⋅e t +u ⋅(-sin t )+cos t =e t cos t -e t sin t +cos t =e t (cos t -sin t )+cos t .例4 设w =f (x +y +z , xyz ), f 具有二阶连续偏导数, 求x w ∂∂及zx w ∂∂∂2. 解 令u =x +y +z , v =xyz , 则w =f (u , v ).引入记号: u v u f f ∂∂='),(1, vu v u f f ∂∂∂='),(12; 同理有2f ',11f '',22f ''等. 21f yz f x v v f x u u f x w '+'=∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂, zf yz f y z f f yz f z z x w ∂'∂+'+∂'∂='+'∂∂=∂∂∂221212)( 2222121211f z xy f yz f y f xy f ''+''+'+''+''= 22221211)(f z xy f y f z x y f ''+'+''++''=. 注:1211111f xy f z v v f z u u f z f ''+''=∂∂⋅∂'∂+∂∂⋅∂'∂=∂'∂, 2221222f xy f zv v f z u u f z f ''+''=∂∂⋅∂'∂+∂∂⋅∂'∂=∂'∂. 例5 设u =f (x , y )的所有二阶偏导数连续, 把下列表达式转换成极坐标系中的形式:(1)22)()(y u x u ∂∂+∂∂; (2)2222yu x u ∂∂+∂∂.解 由直角坐标与极坐标间的关系式得 u =f (x , y )=f (ρcos θ, ρsin θ)=F (ρ, θ), 其中x =ρcos θ, y =ρsin θ,22y x +=ρ, xyarctan=θ. 应用复合函数求导法则, 得x u x u x u ∂∂∂∂+∂∂∂∂=∂∂θθρρ2ρθρρy u x u ∂∂-∂∂=ρθθθρsin cos y u u ∂∂-∂∂=,y u y u y u ∂∂∂∂+∂∂∂∂=∂∂θθρρρx u y u ∂∂+∂∂=ρθθθρcos sin ∂∂+∂∂=u u .两式平方后相加, 得 22222)(1)()()(θρρ∂∂+∂∂=∂∂+∂∂u u y u x u .再求二阶偏导数, 得xx u x x u x u ∂∂⋅∂∂∂∂+∂∂⋅∂∂∂∂=∂∂θθρρ)()(22θρθθθρρcos )sin cos (⋅∂∂-∂∂∂∂=u u ρθρθθθρθsin )sin cos (⋅∂∂-∂∂∂∂-u u 22222222sin cos sin 2cos ρθθρθθθρθρ∂∂+∂∂∂-∂∂=u u uρθρρθθθ22sin cos sin 2∂∂+∂∂+u u .同理可得2222222222cos cos sin 2sin ρθθρθθθρθρ∂∂+∂∂∂+∂∂=∂∂u u u y uρθρρθθθ22cos cos sin 2∂∂+∂∂-u u .两式相加, 得22222222211θρρρρ∂∂++∂∂=∂∂+∂∂u u y u x u])([1222θρρρρρ∂∂+∂∂∂∂=u u .全微分形式不变性: 设z =f (u , v )具有连续偏导数, 则有全微分 dv vz du u z dz ∂∂+∂∂=. 如果z =f (u , v )具有连续偏导数, 而u =ϕ(x , y ), v =ψ(x , y )也具有连续偏导数, 则dyyz dx x z dz ∂∂+∂∂=dyyv v z y u u z dx x v v z x u u z )()(∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂∂∂=)()(dy yv dx x v v z dy y u dx x u u z ∂∂+∂∂∂∂+∂∂+∂∂∂∂=dv vz du u z ∂∂+∂∂=. 由此可见, 无论z 是自变量u 、v 的函数或中间变量u 、v 的函数, 它的全微分形式是一样的. 这个性质叫做全微分形式不变性.例6 设z =e u sin v , u =x y , v =x +y , 利用全微分形式不变性求全微分. 解 dv vz du u z dz ∂∂+∂∂== e u sin vdu + e u cos v dv = e u sin v (y dx +x dy )+ e u cos v (dx +dy )=( ye u sin v + e u cos v )dx +(xe u sin v + e u cos v )dy=e xy [y sin(x +y )+cos(x +y )]dx + e xy [x sin(x +y )+cos(x +y )]dy .隐函数的求偏导一、一个方程的情形 隐函数存在定理1设函数F (x , y )在点P (x 0, y 0)的某一邻域内具有连续偏导数, F (x 0, y 0)=0, F y (x 0, y 0)≠0, 则方程F (x , y )=0在点(x 0, y 0)的某一邻域内恒能唯一确定一个连续且具有连续导数的函数y =f (x ), 它满足条件y 0=f (x 0), 并有yx F F dx dy-=.例1 验证方程x 2+y 2-1=0在点(0, 1)的某一邻域内能唯一确定一个有连续导数、当x =0时y =1的隐函数y =f (x ), 并求这函数的一阶与二阶导数在x =0的值.解 设F (x , y )=x 2+y 2-1, 则F x =2x , F y =2y , F (0, 1)=0, F y (0, 1)=2≠0. 因此由定理1可知, 方程x 2+y 2-1=0在点(0, 1)的某一邻域内能唯一确定一个有连续导数、当x =0时y =1的隐函数y =f (x ).y x F F dx dyy x -=-=, 00==x dx dy ;332222221)(yy x y y y x x y y y x y dx y d -=+-=---='--=,1022-==x dx yd . 隐函数存在定理还可以推广到多元函数. 一个二元方程F (x , y )=0可以确定一个一元隐函数, 一个三元方程F (x , y , z )=0可以确定一个二元隐函数.隐函数存在定理2设函数F (x , y , z )在点P (x 0, y 0, z 0)的某一邻域内具有连续的偏导数, 且F (x 0, y 0, z 0)=0, F z (x 0, y 0, z 0)≠0 , 则方程F (x , y , z )=0在点(x 0, y 0, z 0)的某一邻域内恒能唯一确定一个连续且具有连续偏导数的函数z =f (x , y ), 它满足条件z 0=f (x 0, y 0), 并有 z x F F x z -=∂∂, zy F F y z -=∂∂.例2. 设x 2+y 2+z 2-4z =0, 求22xz∂∂.解 设F (x , y , z )= x 2+y 2+z 2-4z , 则F x =2x , F y =2z -4,zx z x F F x z z x -=--=-=∂∂2422, 3222222)2()2()2()2()2()2()2(z x x z z x x x z x z x x x z -+-=--+-=-∂∂+-=∂∂.多元函数微分学的几何应用（数一数二） 一、空间曲线的切线与法平面 设空间曲线Γ的参数方程为 x =ϕ(t ), y =ψ(t ), z =ω(t ) 这里假定ϕ(t ), ψ(t ), ω(t )都在[α, β]上可导.在曲线Γ上取对应于t =t 0的一点M 0(x 0, y 0, z 0)及对应于t =t 0+∆t 的邻近一点M (x 0+∆x , y 0+∆y , z 0+∆z ). 作曲线的割线MM 0, 其方程为zz z y y y x x x ∆-=∆-=∆-000, 当点M 沿着Γ趋于点M 0时割线MM 0的极限位置就是曲线在点M 0处的切线. 考虑t z z z ty y y t x x x ∆∆-=∆∆-=∆∆-000, 当M →M 0, 即∆t →0时, 得曲线在点M 0处的切线方程为)()()(000000t z z t y y t x x ωψϕ'-='-='-. 曲线的切向量: 切线的方向向量称为曲线的切向量. 向量 T =(ϕ'(t 0), ψ'(t 0), ω'(t 0)) 就是曲线Γ在点M 0处的一个切向量.法平面: 通过点M 0而与切线垂直的平面称为曲线Γ在点M 0 处的法平面, 其法平面方程为ϕ'(t 0)(x -x 0)+ψ'(t 0)(y -y 0)+ω'(t 0)(z -z 0)=0.例1 求曲线x =t , y =t 2, z =t 3在点(1, 1, 1)处的切线及法平面方程. 解 因为x t '=1, y t '=2t , z t '=3t 2, 而点(1, 1, 1)所对应的参数t =1, 所以 T =(1, 2, 3). 于是, 切线方程为 312111-=-=-z y x ,法平面方程为(x -1)+2(y -1)+3(z -1)=0, 即x +2y +3z =6.讨论:1. 若曲线Γ的方程为 y =ϕ(x ), z =ψ(x ). 问其切线和法平面方程是什么形式?提示: 曲线方程可看作参数方程: x =x , y =ϕ(x ), z =ψ(x ), 切向量为T =(1, ϕ'(x ), ψ'(x )). 2. 若曲线Γ的方程为F (x , y , z )=0,G (x , y , z )=0. 问其切线和法平面方程又是什么形式?提示: 两方程确定了两个隐函数: y =ϕ(x ), z =ψ(x ), 曲线的参数方程为 x =x , y =ϕ(x ), z =ψ(x ),由方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++00dx dz G dx dy G G dx dz F dx dy F F z y x z y x 可解得dx dy 和dx dz.切向量为) ,,1(dxdz dx dy =T . 例2 求曲线x 2+y 2+z 2=6, x +y +z =0在点(1, -2, 1)处的切线及法平面方程. 解 为求切向量, 将所给方程的两边对x 求导数, 得⎪⎩⎪⎨⎧=++=++010222dxdz dx dydx dz z dx dy y x , 解方程组得z y x z dx dy --=, zy y x dx dz --=. 在点(1, -2, 1)处,0=dx dy, 1-=dxdz . 从而T =(1, 0, -1). 所求切线方程为 110211--=+=-z y x ,法平面方程为(x -1)+0⋅(y +2)-(z -1)=0, 即x -z =0. 解 为求切向量, 将所给方程的两边对x 求导数, 得⎪⎩⎪⎨⎧=++=++010222dxdz dx dydx dz z dx dy y x . 方程组在点(1, -2, 1)处化为⎪⎩⎪⎨⎧-=+=-112dxdz dx dy dx dz dx dy ,解方程组得0=dx dy, 1-=dxdz . 从而T =(1, 0, -1). 所求切线方程为 110211--=+=-z y x ,法平面方程为(x -1)+0⋅(y +2)-(z -1)=0, 即x -z =0.二. 曲面的切平面与法线 设曲面∑的方程为 F (x , y , z )=0,M 0(x 0, y 0, z 0)是曲面∑上的一点, 并设函数F (x , y , z )的偏导数在该点连续且不同时为零. 在曲面∑上, 通过点M 0任意引一条曲线Γ, 假定曲线Γ的参数方程式为 x =ϕ(t ), y =ψ(t ), z =ω(t ) ,t =t 0对应于点M 0(x 0, y 0, z 0), 且ϕ'(t 0), ψ'(t 0), ω'(t 0)不全为零. 曲线在点的切向量为 T =(ϕ'(t 0), ψ'(t 0), ω'(t 0)). 考虑曲面方程F (x , y , z )=0两端在t =t 0的全导数:F x (x 0, y 0, z 0)ϕ'(t 0)+F y (x 0, y 0, z 0)ψ'(t 0)+F z (x 0, y 0, z 0)ω'(t 0)=0. 引入向量n =(F x (x 0, y 0, z 0), F y (x 0, y 0, z 0), F z (x 0, y 0, z 0)),易见T 与n 是垂直的. 因为曲线Γ是曲面∑上通过点M 0的任意一条曲线, 它们在点M 0的切线都与同一向量n 垂直, 所以曲面上通过点M 0的一切曲线在点M 0的切线都在同一个平面上. 这个平面称为曲面∑在点M 0的切平面. 这切平面的方程式是F x (x 0, y 0, z 0)(x -x 0)+F y (x 0, y 0, z 0)(y -y 0)+F z (x 0, y 0, z 0)(z -z 0)=0.曲面的法线: 通过点M 0(x 0, y 0, z 0)而垂直于切平面的直线称为曲面在该点的法线. 法线方程为), ,() , ,() , ,(000000000000z y x F z z z y x F y y z y x F x x z y x -=-=-. 曲面的法向量: 垂直于曲面上切平面的向量称为曲面的法向量. 向量 n =(F x (x 0, y 0, z 0), F y (x 0, y 0, z 0), F z (x 0, y 0, z 0)) 就是曲面∑在点M 0处的一个法向量.例3 求球面x 2+y 2+z 2=14在点(1, 2, 3)处的切平面及法线方程式. 解 F (x , y , z )= x 2+y 2+z 2-14, F x =2x , F y =2y , F z =2z ,F x (1, 2, 3)=2, F y (1, 2, 3)=4, F z (1, 2, 3)=6. 法向量为n =(2, 4, 6), 或n =(1, 2, 3). 所求切平面方程为2(x -1)+4(y -2)+6(z -3)=0, 即x +2y +3z -14=0. 法线方程为332211-=-=-z y x .讨论: 若曲面方程为z =f (x , y ) , 问曲面的切平面及法线方程式是什么形式? 提示: 此时F (x , y , z )=f (x , y )-z . n =(f x (x 0, y 0), f y (x 0, y 0), -1) 例4 求旋转抛物面z =x 2+y 2-1在点(2, 1, 4)处的切平面及法线方程. 解 f (x , y )=x 2+y 2-1,n =(f x , f y , -1)=(2x , 2y , -1), n |(2, 1, 4)=(4, 2, -1). 所以在点(2, 1, 4)处的切平面方程为4(x -2)+2(y -1)-(z -4)=0, 即4x +2y -z -6=0. 法线方程为 142142--=-=-z y x .方向导数与梯度（数一数二） 一、方向导数定理 如果函数z =f (x , y )在点P 0(x 0, y 0)可微分, 那么函数在该点沿任一方向l 的方向导数都存在, 且有),(00y x lf∂∂βαcos ),(cos ),(0000y x f y x f y x +=,其中cos α, cos β是方向l 的方向余弦.例1 求函数z =xe 2y 在点P (1, 0)沿从点P (1, 0)到点Q (2, -1)的方向的方向导数. 解 这里方向l 即向量→)1 ,1(-=PQ 的方向, 与l 同向的单位向量为)21 ,21(-=l e .因为函数可微分, 且1)0,1(2)0,1(==∂∂ye xz, 22)0,1(2)0,1(==∂∂yxe yz ,所以所求方向导数为22)21(2211)0,1(-=-⋅+⋅=∂∂l z .对于三元函数f (x , y , z )来说, 它在空间一点P 0(x 0, y 0, z 0)沿e l =(cos α , cos β , cos γ)的方向导数为),,(000z y x lf ∂∂tz y x f t z t y t x f t ),,()cos ,cos ,cos (lim 0000000-+++=+→γβα.如果函数f (x , y , z )在点(x 0, y 0, z 0)可微分, 则函数在该点沿着方向e l =(cos α , cos β , cos γ)的方向导数为),,(000z y x lf ∂∂=f x (x 0, y 0, z 0)cos α+f y (x 0, y 0, z 0)cos β+f z (x 0, y 0, z 0)cos γ.例2求f (x , y , z )=xy +yz +zx 在点(1, 1, 2)沿方向l 的方向导数, 其中l 的方向角分别为60︒, 45︒, 60︒.解 与l 同向的单位向量为e l =(cos60︒, cos 45︒, cos60︒))21 ,22 ,21(=. 因为函数可微分, 且f x (1, 1, 2)=(y +z )|(1, 1, 2)=3, f y (1, 1, 2)=(x +z )|(1, 1, 2)=3, f z (1, 1, 2)=(y +x )|(1, 1, 2)=2, 所以 )235(21212223213)2,1,1(+=⋅+⋅+⋅=∂∂lf .二. 梯度设函数z =f (x , y )在平面区域D 内具有一阶连续偏导数, 则对于每一点P 0(x 0, y 0)∈D , 都可确定一个向量f x (x 0, y 0)i +f y (x 0, y 0)j ,这向量称为函数f (x , y )在点P 0(x 0, y 0)的梯度, 记作grad f (x 0, y 0), 即 grad f (x 0, y 0)= f x (x 0, y 0)i +f y (x 0, y 0)j . 梯度与方向导数:如果函数f (x , y )在点P 0(x 0, y 0)可微分, e l =(cos α , cos β )是与方向l 同方向的单位向量, 则),(00y x lf∂∂βαcos ),(cos ),(0000y x f y x f y x +=,= grad f (x 0, y 0)⋅e l=| grad f (x 0, y 0)|⋅cos(grad f (x 0, y 0),^ e l ).这一关系式表明了函数在一点的梯度与函数在这点的方向导数间的关系. 特别, 当向量e l 与grad f (x 0, y 0)的夹角θ=0, 即沿梯度方向时, 方向导数),(00y x lf ∂∂取得最大值, 这个最大值就是梯度的模|grad f (x 0, y 0)|. 这就是说: 函数在一点的梯度是个向量, 它的方向是函数在这点的方向导数取得最大值的方向, 它的模就等于方向导数的最大值. 讨论:lf∂∂的最大值; 结论: 函数在某点的梯度是这样一个向量, 它的方向与取得最大方向导数的方向一致, 而它的模为方向导数的最大值.我们知道, 一般说来二元函数z =f (x , y )在几何上表示一个曲面, 这曲面被平面z =c (c 是常数)所截得的曲线L 的方程为 ⎩⎨⎧==cz y x f z ),(. 这条曲线L 在xOy 面上的投影是一条平面曲线L *, 它在xOy 平面上的方程为 f (x , y )=c .对于曲线L *上的一切点, 已给函数的函数值都是c , 所以我们称平面曲线L *为函数z =f (x , y )的等值线.若f x , f y 不同时为零, 则等值线f (x , y )=c 上任一点P 0(x 0, y 0)处的一个单位法向量为 )),(),,((),(),(10000002002y x f y x f y x f y x f y x y x +=n .这表明梯度grad f (x 0, y 0)的方向与等值线上这点的一个法线方向相同, 而沿这个方向的方向导数nf∂∂就等于|grad f (x 0, y 0)|, 于是 n nfy x f ∂∂=),(00grad .这一关系式表明了函数在一点的梯度与过这点的等值线、方向导数间的关系. 这说是说: 函数在一点的梯度方向与等值线在这点的一个法线方向相同, 它的指向为从数值较低的等值线指向数值较高的等值线, 梯度的模就等于函数在这个法线方向的方向导数.梯度概念可以推广到三元函数的情形. 设函数f (x , y , z )在空间区域G 内具有一阶连续偏导数, 则对于每一点P 0(x 0, y 0, z 0)∈G , 都可定出一个向量 f x (x 0, y 0, z 0)i +f y (x 0, y 0, z 0)j +f z (x 0, y 0, z 0)k ,这向量称为函数f (x , y , z )在点P 0(x 0, y 0, z 0)的梯度, 记为grad f (x 0, y 0, z 0), 即 grad f (x 0, y 0, z 0)=f x (x 0, y 0, z 0)i +f y (x 0, y 0, z 0)j +f z (x 0, y 0, z 0)k .例3 求221y x +grad . 解 这里221),(y x y x f +=.因为222)(2y x x x f +-=∂∂, 222)(2y x y y f +-=∂∂, 所以 221y x +grad j i 222222)(2)(2y x y y x x +-+-=.例4 设f (x , y , z )=x 2+y 2+z 2, 求grad f (1, -1, 2). 解 grad f =(f x , f y , f z )=(2x , 2y , 2z ), 于是 grad f (1, -1, 2)=(2, -2, 4).多元函数的极值及其求法 无条件极值定理1(必要条件) 设函数z =f (x , y )在点(x 0, y 0)具有偏导数, 且在点(x 0, y 0)处有极值, 则有f x (x 0, y 0)=0, f y (x 0, y 0)=0.定理2(充分条件) 设函数z =f (x , y )在点(x 0, y 0)的某邻域内连续且有一阶及二阶连续偏导数, 又f x (x 0, y 0)=0, f y (x 0, y 0)=0, 令f xx (x 0, y 0)=A , f xy (x 0, y 0)=B , f yy (x 0, y 0)=C ,则f (x , y )在(x 0, y 0)处是否取得极值的条件如下:(1) AC -B 2>0时具有极值, 且当A <0时有极大值, 当A >0时有极小值; (2) AC -B 2<0时没有极值;(3) AC -B 2=0时可能有极值, 也可能没有极值.在函数f (x , y )的驻点处如果 f xx ⋅ f yy -f xy 2>0, 则函数具有极值, 且当f xx <0时有极大值, 当f xx >0时有极小值.极值的求法: 第一步 解方程组f x (x , y )=0, f y (x , y )=0,求得一切实数解, 即可得一切驻点.第二步 对于每一个驻点(x 0, y 0), 求出二阶偏导数的值A 、B 和C .第三步 定出AC -B 2的符号, 按定理2的结论判定f (x 0, y 0)是否是极值、是极大值 还是极小值.例： 求函数f (x , y )=x 3-y 3+3x 2+3y 2-9x 的极值.解 解方程组⎩⎨⎧=+-==-+=063),(0963),(22y y y x f x x y x f y x , 求得x =1, -3; y =0, 2. 于是得驻点为(1, 0)、(1, 2)、(-3, 0)、(-3, 2). 再求出二阶偏导数f xx (x , y )=6x +6, f xy (x , y )=0, f yy (x , y )=-6y +6.在点(1, 0)处, AC -B 2=12⋅6>0, 又A >0, 所以函数在(1, 0)处有极小值f (1, 0)=-5; 在点(1, 2)处, AC -B 2=12⋅(-6)<0, 所以f (1, 2)不是极值; 在点(-3, 0)处, AC -B 2=-12⋅6<0, 所以f (-3, 0)不是极值;在点(-3, 2)处, AC -B 2=-12⋅(-6)>0, 又A <0, 所以函数的(-3, 2)处有极大值f (-3, 2)=31. 应注意的问题:不是驻点也可能是极值点,例如,函数22y x z +-=在点(0, 0)处有极大值, 但(0, 0)不是函数的驻点. 因此, 在考虑函数的极值问题时, 除了考虑函数的驻点外, 如果有偏导数不存在的点, 那么对这些点也应当考虑.例5 某厂要用铁板做成一个体积为8m 3的有盖长方体水箱. 问当长、宽、高各取多少时, 才能使用料最省.解 设水箱的长为x m , 宽为y m , 则其高应为xy8m . 此水箱所用材料的面积为 )0 ,0( )88(2)88(2>>++=⋅+⋅+=y x yx xy xy x xy y xy A . 令0)8(22=-=x y A x , 0)8(22=-=y x A y , 得x =2, y =2. 根据题意可知, 水箱所用材料面积的最小值一定存在, 并在开区域D ={(x , y )|x >0, y >0}内取得. 因为函数A 在D 内只有一个驻点, 所以 此驻点一定是A 的最小值点, 即当水箱的长为2m 、宽为2m 、高为2228=⋅m 时, 水箱所用的材料最省.因此A 在D 内的唯一驻点(2, 2)处取得最小值,即长为2m 、宽为2m 、高为2228=⋅m 时, 所用材料最省.条件极值 拉格朗日乘数法对自变量有附加条件的极值称为条件极值. 例如, 求表面积为a 2而体积为最大的长方体的体积问题. 设长方体的三棱的长为x , y , z , 则体积V =xyz . 又因假定表面积为a 2, 所以自变量x , y , z 还必须满足附加条件2(xy +yz +xz )=a 2.这个问题就是求函数V =xyz 在条件2(xy +yz +xz )=a 2下的最大值问题, 这是一个条件极值问题.对于有些实际问题, 可以把条件极值问题化为无条件极值问题.例如上述问题,由条件2)(2a xz yz xy =++, 解得)(222y x xy a z +-=, 于是得 V ))(2(22y x xy a xy +-=. 只需求V 的无条件极值问题.在很多情形下, 将条件极值化为无条件极值并不容易. 需要另一种求条件极值的专用方法, 这就是拉格朗日乘数法.现在我们来寻求函数z =f (x , y )在条件ϕ(x , y )=0下取得极值的必要条件.如果函数z =f (x , y )在(x 0, y 0)取得所求的极值, 那么有ϕ(x 0, y 0)=0.假定在(x 0, y 0)的某一邻域内f (x , y )与ϕ(x , y )均有连续的一阶偏导数, 而ϕy (x 0, y 0)≠0. 由隐函数存在定理, 由方程ϕ(x , y )=0确定一个连续且具有连续导数的函数y =ψ(x ), 将其代入目标函数z =f (x , y ), 得一元函数z =f [x , ψ(x )].于是x =x 0是一元函数z =f [x , ψ(x )]的极值点, 由取得极值的必要条件, 有0),(),(000000=+===x x y x x x dx dyy x f y x f dx dz,即 0),(),(),(),(00000000=-y x y x y x f y x f y x y x ϕϕ. 从而函数z =f (x , y )在条件ϕ(x , y )=0下在(x 0, y 0)取得极值的必要条件是0),(),(),(),(00000000=-y x y x y x f y x f y x y x ϕϕ与ϕ(x 0, y 0)=0同时成立. 设λϕ-=),(),(0000y x y x f y y , 上述必要条件变为 ⎪⎩⎪⎨⎧==+=+0),(0),(),(0),(),(0000000000y x y x y x f y x y x f y y x x ϕλϕλϕ.拉格朗日乘数法: 要找函数z =f (x , y )在条件ϕ(x , y )=0下的可能极值点, 可以先构成辅助函数F (x , y )=f (x , y )+λϕ(x , y ) ,其中λ为某一常数. 然后解方程组⎪⎩⎪⎨⎧==+==+=0),(0),(),(),(0),(),(),(y x y x y x f y x F y x y x f y x F y y y x x x ϕλϕλϕ.由这方程组解出x , y 及λ, 则其中(x , y )就是所要求的可能的极值点.这种方法可以推广到自变量多于两个而条件多于一个的情形.至于如何确定所求的点是否是极值点, 在实际问题中往往可根据问题本身的性质来判定.例7 求表面积为a 2而体积为最大的长方体的体积.解 设长方体的三棱的长为x , y , z , 则问题就是在条件2(xy +yz +xz )=a 2下求函数V =xyz 的最大值.构成辅助函数F (x , y , z )=xyz +λ(2xy +2yz +2xz -a 2),解方程组⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=++=++==++==++=22220)(2),,(0)(2),,(0)(2),,(axz yz xy x y xy z y x F z x xz z y x F z y yz z y x F z y x λλλ, 得a z y x 66===, 这是唯一可能的极值点. 因为由问题本身可知最大值一定存在, 所以最大值就在这个可能的值点处取得. 此时3366a V =.。
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第六章多元函数微分学综述：本章是对⼀元函数中极限、连续、导数与微分等知识的推⼴，主要考点是围绕偏导数的⼀系列计算，由于多元函数微分学计算的复杂性要⼤于⼀元函数，考试在微分学中的⼤题⼀般都出在本章.在考试中，每年直接涉及到本章知识所占的分值平均在12分左右.本章的主要知识点有：⼆重极限的定义及其简单的性质，⼆元函数的连续、偏导数和可微，多元函数偏导数的计算，⽅向导数与梯度，多元函数的极值，曲线的切线与法平⾯，曲⾯的切平⾯与法线.其中学习的难点是⼆重极限、⼆元函数连续、有偏导数和可微这些概念.这⼀部分考查的频率不⾼，且以⼩题为主，考⽣在学习时要注重把握相关概念严格的数学定义，并与⼀元函数的相关概念进⾏⽐较.本章考查的重点在偏导数的计算及其应⽤上：⾸先，偏导数的计算与⼀元函数的求导并⽆本质区别，考⽣只需将⼀元函数求导的相关知识进⾏推⼴，就可以得到偏导数相应的计算公式；在全⾯掌握了偏导数的计算⽅法之后，考⽣还需要掌握偏导数的各种应⽤，包括多元函数的极值（⽆条件极值与条件极值）、曲线的切线与法平⾯、曲⾯的切平⾯与法线，对于它们，考⽣只要能计算偏导数，再记住相关的公式定理即可.本章常考的题型有：1.关于连续、偏导数与全微分定义的考查；2.偏导数的计算；3.⽅向导数与梯度；4.极值，5.空间曲线的切线与法平⾯，6.空间曲⾯的切平⾯与法线.常考题型⼀：连续、偏导数与全微分1．【1994-1 3分】⼆元函数(,)f x y 在点()00,x y 处两个偏导数0000(,),(,)x y f x y f x y ''存在是(,)f x y 在该点连续的（）()A 充分条件⽽⾮必要条件()B 必要条件⽽⾮充分条件 ()C 充分必要条件()D 既⾮充分条件⼜⾮必要条件2．【1997-1 3分】⼆元函数22(,)(0,0)(,)0(,)(0,0)xyx y x y f x y x y ?≠ += =?，，，在点(0,0)处（）()A 连续，偏导数存在 ()B 连续，偏导数不存在()C 不连续，偏导数存在()D 不连续，偏导数不存在3．【2002-1 3分】考虑⼆元函数(,)f x y 的下⾯4条性质，正确的是（）①(,)f x y 在点00(,)x y 处连续②(,)f x y 在点00(,)x y 处的两个偏导数连续③(,)f x y 在点00(,)x y 处可微④(,)f x y 在点00(,)x y 处的两个偏导数存在()A ②?③?①()B ③?②?①()C ③?④?①()D ③?①?④4．【2003-3 4分】设可微函数(,)f x y 在点),(00y x 取得极⼩值，则下列结论正确的是()A ),(0y x f 在0y y =处的导数等于零. ()B ),(0y x f 在0y y =处的导数⼤于零. ()C ),(0y x f 在0y y =处的导数⼩于零. ()D ),(0y x f 在0y y =处的导数不存在.5．【2007-1 4分】⼆元函数(,)f x y 在点()0,0处可微的⼀个充分条件是（）()A ()[](,)0,0lim (,)(0,0)0x y f x y f →-=.()B 00(,0)(0,0)(0,)(0,0)lim0,lim 0x y f x f f y f x y→→--==且.()C ((,)0,0lim0x y →=.()D 00lim (,0)(0,0)0,lim (0,)(0,0)0x x y y x y f x f f y f →→''''-=-=且. 6．【2008-3 4分】已知(,)f x y =()A (0,0)x f '，(0,0)y f '都存在()B (0,0)x f '不存在，(0,0)y f '存在 ()C (0,0)x f '不存在，(0,0)y f '不存在()D (0,0)x f '，(0,0)y f '都不存在7．【2012-1 4分】如果(,)f x y 在()0,0处连续，那么下列命题正确的是（）（A ）若极限00(,)limx y f x y x y→→+存在，则(,)f x y 在(0,0)处可微（B ）若极限2200(,)limx y f x y x y→→+存在，则(,)f x y 在(0,0)处可微（C ）若(,)f x y 在(0,0)处可微，则极限00(,)limx y f x y x y →→+存在（D ）若(,)f x y 在(0,0)处可微，则极限2200(,)limx y f x y x y→→+存在 8．【2012-2 4分】设函数(,)f x y 可微，且对任意,x y 都有(,)0f x y x ?>?，(,)0f x y y ?则使得1122(,)(,)f x y f x y <成⽴的⼀个充分条件是(A) 1212,x x y y ><(B)1212,x x y y >> (C)1212,x x y y <<(D)1212,x x y y <>9.【2012-3 4分】连续函数(,)z f x y =满⾜010x y →→=，则(0,1)dz=________。
4考研数学大纲知识点解析(第四章多元函数的微分学-数一
满足 ．
．则
【解析】由题设
可知，当
时，有
且
，从而有
由二元函数全微分的定义， 有
在点
处可微，且
． ，
． ，故
【全微分存在的必要条件和充分条件】 【极限，连续，偏导数，可微分之间的关系】 一元函数：
二元函数：
【例题】（02 年，数学一）考虑二元函数
的下面 条性质：
①
在点
处连续． ②
在点
处的两个偏导数连续，
确．
选项（C），（D）取 不存在，故排除（C），（D）．
，显然
在点
处可微，但
【综合题】设
在
点处（ ）.
（A）不连续． （B）偏导函数不存在． （C）不可微． （D）可微．
【解析】（1）
，
在
点连续.
（2）
同理
（3）
从而
不存在.
在
点不可微. 故选（C）．
【综合题】设
则在
（A）偏导不存在． （B）偏导函数连续． （C）可微． （D）不可微．
第四章 多元函数的微分学 【多元函数的概念】 【二元函数的定义】
类似的可以定义三元函数 【二元函数的几何意义】 二元函数
. 一般表示空间直角坐标系下的一个空间曲面.
【二元函数极限的概念】
【注】二元函数极限存在，是指 以所有路径趋于
时，对应的函数值趋于相同
的一个常数.如果 沿着两条不同路径趋于
时，对应的函数值趋于不同的值，
设
有连续的一阶偏导数，又函数
及
分别由下列两式确定
：
求．
和
，
【解析】
由
两边对 求导，得
即
．
【考研】多元函数微积分学
多元函数微积分学多元函数的极限、连续、偏导数与全微分1、重极限的概念设函数f(x,y)在开区域（或闭区域）D内有定义，P0(x0,y0)是D的内点或边界点，如果对任意给定的ε>0，∃δ>0，使得对适合不等式0<√(x−x0)2+(y−y0)2<δ且P(x,y)∈D一切P(x,y)都有|f(x,y)−A|<ε，则称A为f(x,y)当x→x0，y→y0时的极限，记为limx→x0y→y0f(x,y)=A2、二元函数连续的概念设函数f(x,y)在开区域(或闭区域)D内由定义，P0(x0,y0)是D的内点或边界点，且P0∈D ，如果limx→x0y→y0f(x,y)= f(x0,y0)，则称函数在点P0(x0,y0)连续3、偏导数的概念设函数z=f(x,y)在点(x0,y0)的某一邻域内由定义，如果lim ∆x→0f(x0+∆x,y0)−f(x0,y0)∆x存在，则称此极限为函数z=f(x,y)在点(x0,y0)处对x的偏导数，记为f x′(x0,y0)类似地可定义f x′(x0,y0)=lim∆x→0f(x0+∆x,y0)−f(x0,y0)∆x4、偏导数的几何意义偏导数f x′(x0,y0)在几何上表示曲面z=f(x,y)与平面y=y0的交线在点M0(x0,y0,f(x0,y0))处的切线T x对x轴的斜率，f x′(x0,y0)=tanα偏导数f y′(x0,y0)在几何上表示曲面z=f(x,y)与平面x=x0的交线在点M0(x0,y0,f(x0,y0))处的切线T y对y轴的斜率，f y′(x0,y0)=tanβ5、全微分的概念如果函数z=f(x,y)在点(x,y)处的全增量∆z=f(x+∆x,y+∆y)−f(x,y)可表示为∆z=A∆x+B∆y+o(ρ)其中A，B不依赖于∆x，∆y，而仅与x，y有关，ρ=√(∆x)2+(∆y)2，则称函数z=f(x,y)在点(x,y)可微.而称A∆x+B∆y为函数z=f(x,y)的全微分，记为dz=A∆x+B∆y6、可微的必要条件定理1：如果函数z=f(x,y)在点(x,y)处可微，则该函数在点(x,y)处的偏导数ðzðx，ðzðy必定存在，且dz=ðzðxdx+ðzdy7、可微的充分条件定理2：如果函数z=f(x,y)的偏导数ðzðx和ðzðy在点处连续，则函数z=f(x,y)在该点可微8、多元函数连续、可导、可微之间的关系对二元函数z=f(x,y)，我们称它在点(x,y)可导是指它在点(x,y)处两个一阶偏倒数，ðzðx，ðzðy都存在，则二元函数的连续、可导及可微的关系是多元函数一元函数连续可导连续←可导 ↖ ↗↖ ↙↗可微可微↑一阶偏导数连续由上图可以看出一元函数和多元函数的连续、可导、可微之间的关系主要不同在于，一元函数可导能推得连续，也能推得可微；而多元函数的可导既不能推得连续，也不能推得可微，其主要原因在于多元的可导是指一阶偏导数存在，而偏导数是用一元函数极限定义的f x′(x0,y0)=limx→x0f(x,y0)−f(x0,y0)x−x0f y′(x0,y0)=limy→y0f(x0,y)−f(x0,y0)y−y0其动点(x,y0)（或(x0,y)）是沿x（或y）轴方向趋于(x0,y0)，它只与点(x0,y0)邻域内过该点且平行于两坐标轴的十字架方向函数值有关；而连续(lim(x,y)→(x0,y0)f(x,y)=f(x0,y0))和可微(f(x,y)−f(x0,y0)=A(x−x0)+B(y−y0) +o(ρ))是都是用重极限定义的，其动点(x,y)是以任意方式趋于(x0,y0)，它与点(x0,y0)邻域内函数值有关多元函数的微分法1、复合函数求导法则定理1（多元函数与一元函数的复合）如果函数u=φ(t)，v=ψ(t)都在点t可导，函数z=f(u,v)在对应点(u,v)具有连续一阶偏导数，则复合函数z=f(φ(t),ψ(t))在点t可导，且dz dt =ðzðududt+ðzðvdvdt定理2（多元函数与多元函数的复合）如果函数u=φ(x,y)，v=ψ(x,y)在点有对x，y的偏导数，函数z=f(u,v)在对应点有连续一阶偏导数，则复合函数z=f(φ(x,y),ψ(x,y))在点(x,y)有对x，y的偏导数，且ðz ðx =ðfðuðuðx+ðfðvðvðx，ðzðy=ðfðuðuðy+ðfðvðvðy2、全微分形式不变性设函数z=f(u,v)和φ(x,y),ψ(x,y)都具有连续一阶偏导数，则复合函数z=f(φ(x,y),ψ(x,y))可微，且dz=ðzðxdx+ðzðydy由以上定理2知，ðz=ðfðu+ðfðv，ðz=ðfðu+ðfðv.将ðz和ðz代入上式得dz=(ðfðuðuðx+ðfðvðvðx)dx+(ðfðuðuðy+ðfðvðvðy)dy=ðfðu(ðuðxdx+ðuðydy)+ðfðv(ðvðxdx+ðvðydy)=ðfdu+ðfdv=ðzdu+ðzdv3、高阶偏导数及混合偏导数与求导次序无关的问题（1）高阶偏导数的概念设函数z=f(x,y)在区域D内具有偏导数ðz ðx =f x′(x,y)，ðzðy=f y′(x,y)如果f x′(x,y)和f y′(x,y)的偏导数也存在，则称它们是函数z=f(x,y)的二阶导数.二阶导数有以下四个ð2z ðx2=ððx(ðzðx)=f xx′′(x,y)，ð2zðxðy=ððy(ðzðx)=f xy′′(x,y)ð2z ðyðx =ððx(ðzðy)=f yx′′(x,y)，ð2zðy2=ððy(ðzðy)=f yy′′(x,y)（2）混合偏导数与求导次序无关问题定理3：若函数z =f (x,y )的两个混合偏导数和在点都连续，则在点ð2z ðxðy 和ð2zðyðx 在点(x 0,y 0)都连续，则在(x 0,y 0)点ð2z ðxðy =ð2zðyðx4、由一个方程式确定的隐函数（一元函数）求导法设有F (x,y )连续一阶偏导数，且F y ′≠0，则由方程F (x,y )=0确定的函数y =y (x )可导，且dy dx =−F x ′F y ′ 5、由一个方程式确定的隐函数（二元函数）求导法设有F (x,y,z )连续一阶偏导数，且F z ′≠0,z =z (x,y )，由方程F (x,y,z )=0所确定，则ðz =−F x ′z ′，ðz=−F y ′z′极值与最值1、多元函数取得极值的必要条件设函数f (x,y )在点M 0(x 0,y 0)的一阶偏导数存在，且在(x 0,y 0)取得极值，则f x ′(x 0,y 0)=0，f y ′(x 0,y 0)=0由此可见具有一阶偏导数的函数的极值点一定是驻点，但驻点不一定是极值点 2、二元函数取得极值的充分条件（下述定理仅适用于二元函数）设函数z =f (x,y )在点(x 0,y 0)的某邻域内有连续的二阶偏导数，且f x ′(x 0,y 0)=0，f y ′(x 0,y 0)=0.令f xx ′′(x 0,y 0)=A ，f xy ′′(x 0,y 0)=B ，f yy ′′(x 0,y 0)=C ，则 (1)AC −B 2>0时，f (x,y )在(x 0,y 0)点取极值，且{当A >0时极小值当A <0时极大值(2)AC −B 2<0时，f (x,y )在(x 0,y 0)点无极值(3)AC −B 2=0时，不能确定f (x,y )在(x 0,y 0)点是否有极值，还需进一步讨论（一般用极值定义） 3、函数f (x , y )在条件φ(x , y) = 0下的极值的必要条件 解决此类问题的一般方法是拉格朗日乘数法：先构造拉格朗日函数F (x,y,λ)=f (x,y )+λφ(x,y )，然后解方程组{ ðF ðx =ðf ðx +λðφðx =0ðF ðy =ðf ðy+λðφðy =0ðFðλ=φ(x,y )=0所有满足此方程组的解(x,y,λ)中(x,y )是函数f (x,y )在条件φ(x,y )=0下的可能的极值点 4、函数f (x , y ,z )在条件φ(x , y ,z) = 0，Ψ(x , y ,z) = 0下的极值的必要条件 与上一条情况类似，构造拉格朗日函数F (x,y,,z,λ,μ)=f (x,y,z )+λφ(x,y,z )+μψ(x,y,z )以下与上一条情况类似二重积分二重积分的性质 1、比较定理如果在D 上，f (x,y )≤g (x,y )，则∬f (x,y )Ddσ≤∬g (x,y )Ddσ2、估值定理设M ，m 分别为连续函数f (x,y )在闭区间D 上的最大值和最小值，S 表示D 的面积，则mS ≤∬f (x,y )Ddσ≤MS3、中值定理设函数f (x,y )在闭区间D 上连续，S 为D 的面积，则在D 上至少存在一点(ξ,η)，使∬f (x,y )Ddσ=f (ξ,η)S二重积分的计算4、在直角坐标下计算在直角坐标下计算二重积分关键是将二重积分化为累次积分，累次积分分两种次序，累次积分的次序往往根据积分域和被积函数来确定（1）适合先y 后x 的积分域若积分域D 由不等式{φ1(x )≤y ≤φ2(x )a ≤x ≤b确定，则该区域D 上的二重积分适合化成先y 后x 的累次积分，且∬f (x,y )Ddσ=∫dx ∫f (x,y )φ2(x )φ1(x )ba dy（2）适合先x 后y 的积分域若积分域D 由不等式{ψ1(x )≤y ≤ψ2(x )c ≤y ≤d确定，则该区域D 上的二重积分适合化成先x 后y 的累次积分，且∬f (x,y )Ddσ=∫dy ∫f (x,y )ψ2(x )ψ1(x )dc dx如果遇到更复杂的积分区域，总可利用分别平行于两个坐标轴的直线将其化分成若干个以上两种区域进行计算 5、在极坐标下计算在极坐标(ρ,θ)中，一般是将二重积分化为先ρ后θ的累次积分，常见的有以下四种情况： （1）极点O 在区域D 之外，则∬f (x,y )Ddσ=∫dθ∫f (ρcos θ,ρsin θ)ρ2(θ)ρ1(θ)βαρdρ（2）极点O 在区域D 的边界上，则∬f (x,y )Ddσ=∫dθ∫f (ρcos θ,ρsin θ)ρ(θ)βαρdρ（3）极点O 在区域D 的内部，则∬f (x,y )Ddσ=∫dθ∫f (ρcos θ,ρsin θ)ρ(θ)2πρdρ（4）环形域，且极点O 在环形域内部，则∬f (x,y )Ddσ=∫dθ∫f (ρcos θ,ρsin θ)ρ2(θ)ρ1(θ)2πρdρ注：将二重积分化为累次积分计算时，坐标系的选择不仅要看积分域D 的形状，而且要看被积函数的形式，以下我们给出适合用极坐标计算的二重积分其积分域和被积函数的特点，不适合用极坐标计算的当然是用直角坐标 ①适合用极坐标计算的二重积分被积函数一般应具有以下形式f (√x 2+y 2)，f (y x )，f (xy )之所以适合极坐标是由于它们在极坐标下都可化为或的一元函数②适合用极坐标计算的二重积分的积分域一般应具有以下形状：中心在原点的圆域，圆环域，或它们的一部分（如扇形）.中心在坐标轴上且边界圆过原点的圆域（如由x 2+y 2=2ax或x2+y2=2by所围成）或者它们的一部分6、利用对称性和奇偶性进行计算常用的结论有以下两条：（1）利用积分域的对称性和被积函数的奇偶性①若积分域D关于y轴对称，且被积函数f(x,y)关于x有奇偶性，则∬f(x,y)dσD ={2∬f(x,y)dσD1f(x,y)关于x为偶函数，即f(−x,y)=f(x,y)f(x,y)关于x为奇函数，即f(x,−y)=−f(x,y)其中为D在y轴右侧的部分②若积分域D关于x轴对称，且被积函数f(x,y)关于y有奇偶性，则∬f(x,y)dσD ={2∬f(x,y)dσD1f(x,y)关于x为偶函数，即f(x,−y)=f(x,y)f(x,y)关于x为奇函数，即f(x,−y)=−f(x,y)其中为D在x轴上方的部分（2）利用变量的对称性若积分域D关于直线y = x对称，换言之，表示积分域D的等式或不等式中将x与y对调后原等式或不等式不变.如，圆域x2+y2≤R2，正方形域{0≤x≤10≤y≤1则∬f(x,y) D dσ=∬f(y,x)Ddσ即：被积函数中x和y对调积分值不变。
考研试题分析八(多元函数微分学)
故 M1(5,−5), M 2 (−5,5) 可以作为攀登起点.
[分析和解法二] 把山看作曲面, 山岗某一处坡度的大小就是曲面在该处的切平面与水平面的夹 角的大小, 也就是切平面的法线与 z 轴的夹角(锐角的那个)的大小. 山曲面
z = h(x, y) 在点 M (x, y) 处的切平面法向量是{hx′ , h′y ,1} , 设它与 z 轴的夹角(锐角
考研试题分析八（多元函数微分学）
例 1.(1991 年数学一、二)
由方程 xyz + x 2 + y 2 + z 2 = 2 所确定的函数 z = z(x, y) 在点 (1,0,−1) 处的全微分
dz = __________
[答案] dx − 2dy
[分析]本题是隐函数全微分的题. 有两种方法:其一是对方程两边求全微分,解出
1 x2
g′ −
y x3
g ′′
例 3.（2001 年数学一）
设函数 z = f (x, y) 在点 (1,1) 处可微, f (1,1) = 1, ∂z = 2, ∂z = 3 ,
∂x (1,1)
∂y (1,1)
ϕ(x) = f (x, f (x, x)) , 求 d ϕ 3 (x)
dx
x=1
[分析]求全导数,应用多元复合函数求全导数的法则求之. 关键是弄清复合函数
∂x
∂x
∂ f (xy) = f ′(xy) ∂ (xy) = xf ′(xy) .
∂y
∂y
都是用 f ′(xy) 表示,而不能将前一式写成
∂ ∂x
f (xy)
=
yf x′(xy) ,
后一式写成
∂ ∂y
f (xy)
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第六章多元函数微分学综述：本章是对一元函数中极限、连续、导数与微分等知识的推广，主要考点是围绕偏导数的一系列计算，由于多元函数微分学计算的复杂性要大于一元函数，考试在微分学中的大题一般都出在本章.在考试中，每年直接涉及到本章知识所占的分值平均在12分左右.本章的主要知识点有：二重极限的定义及其简单的性质，二元函数的连续、偏导数和可微，多元函数偏导数的计算，方向导数与梯度，多元函数的极值，曲线的切线与法平面，曲面的切平面与法线.其中学习的难点是二重极限、二元函数连续、有偏导数和可微这些概念.这一部分考查的频率不高，且以小题为主，考生在学习时要注重把握相关概念严格的数学定义，并与一元函数的相关概念进行比较.本章考查的重点在偏导数的计算及其应用上：首先，偏导数的计算与一元函数的求导并无本质区别，考生只需将一元函数求导的相关知识进行推广，就可以得到偏导数相应的计算公式；在全面掌握了偏导数的计算方法之后，考生还需要掌握偏导数的各种应用，包括多元函数的极值（无条件极值与条件极值）、曲线的切线与法平面、曲面的切平面与法线，对于它们，考生只要能计算偏导数，再记住相关的公式定理即可.本章常考的题型有：1.关于连续、偏导数与全微分定义的考查；2.偏导数的计算；3.方向导数与梯度；4.极值，5.空间曲线的切线与法平面，6.空间曲面的切平面与法线.常考题型一：连续、偏导数与全微分1．【1994-1 3分】二元函数(,)f x y 在点()00,x y 处两个偏导数0000(,),(,)x y f x y f x y ''存在是(,)f x y 在该点连续的（）()A 充分条件而非必要条件()B 必要条件而非充分条件()C 充分必要条件()D 既非充分条件又非必要条件2．【1997-1 3分】二元函数22(,)(0,0)(,)0(,)(0,0)xyx y x y f x y x y ⎛≠ += =⎝，，，在点(0,0)处（）()A 连续，偏导数存在()B 连续，偏导数不存在()C 不连续，偏导数存在()D 不连续，偏导数不存在3．【2002-1 3分】考虑二元函数(,)f x y 的下面4条性质，正确的是（） ①(,)f x y 在点00(,)x y 处连续②(,)f x y 在点00(,)x y 处的两个偏导数连续 ③(,)f x y 在点00(,)x y 处可微④(,)f x y 在点00(,)x y 处的两个偏导数存在()A ②⇒③⇒①()B ③⇒②⇒①()C ③⇒④⇒①()D ③⇒①⇒④4．【2003-3 4分】设可微函数(,)f x y 在点),(00y x 取得极小值，则下列结论正确的是()A ),(0y x f 在0y y =处的导数等于零. ()B ),(0y x f 在0y y =处的导数大于零. ()C ),(0y x f 在0y y =处的导数小于零. ()D ),(0y x f 在0y y =处的导数不存在.5．【2007-1 4分】二元函数(,)f x y 在点()0,0处可微的一个充分条件是（）()A ()[](,)0,0lim (,)(0,0)0x y f x y f →-=.()B 00(,0)(0,0)(0,)(0,0)lim0,lim 0x y f x f f y f x y→→--==且.()C ((,)0,0lim 0x y →=.()D 00lim (,0)(0,0)0,lim (0,)(0,0)0x x y yx y f x f f y f →→⎡⎤⎡⎤''''-=-=⎣⎦⎣⎦且. 6．【2008-3 4分】已知(,)f x y =()A (0,0)x f '，(0,0)y f '都存在()B (0,0)x f '不存在，(0,0)y f '存在 ()C (0,0)x f '不存在，(0,0)y f '不存在()D (0,0)x f '，(0,0)y f '都不存在7．【2012-1 4分】如果(,)f x y 在()0,0处连续，那么下列命题正确的是（） （A ）若极限0(,)limx y f x y x y→→+存在，则(,)f x y 在(0,0)处可微（B ）若极限2200(,)limx y f x y x y →→+存在，则(,)f x y 在(0,0)处可微（C ）若(,)f x y 在(0,0)处可微，则极限00(,)limx y f x y x y →→+存在（D ）若(,)f x y 在(0,0)处可微，则极限2200(,)limx y f x y x y →→+存在8．【2012-2 4分】设函数(,)f x y 可微，且对任意,x y 都有(,)0f x y x ∂>∂，(,)0f x y y ∂<∂，则使得1122(,)(,)f x y f x y <成立的一个充分条件是(A) 1212,x x y y ><(B)1212,x x y y >> (C)1212,x x y y <<(D)1212,x x y y <>9.【2012-3 4分】连续函数(,)z f x y =满足010x y →→=，则(0,1)dz=________。
【小结】：1、二元函数在()00,x y 处连续当且仅当函数值等于极限值，这里的极限指二重极限，也即()000lim (,),x x y y f x y f x y →→=.2、二元函数在()00,x y 处的偏导数()'00,x f x y 就是一元函数()0,f x y 在0x x =处的导数，它存在当且仅当极限()0000(,),limx x f x y f x y x x →--存在.注意，与连续性不同的是：这里的极限过程是一元函数的极限.3、判断函数在某一点()00,x y 是否可微的方法：首先计算函数在该点的两个偏导数()()0000,,,x y f x y f x y .如果二者至少有一个不存在，则不可微.如果两个偏导数都存在，则计算极限()()(),,,limx y z f x y x f x y y ∆∆→∆-∆+∆，如果该极限不存在或不等于0则不可微，如果该极限等于0则可微.4、多元函数各种概念之间的关系与一元函数有所区别，具体来说：在多元函数中，偏导数存在不一定可导，偏导数存在也不一定连续，但可微则一定是连续并且存在偏导数.常考题型二：偏导数的计算1．链式法则的运用10．【2000-3 3分】设,x y z f xy g y x ⎛⎫⎛⎫=+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，其中,f g 均可微，则z x ∂=∂ 11．【2004-3 4分】设函数(,)f u v 由关系式[(),]()f xg y y x g y =+确定，其中函数()g y 可微，且()0g y ≠，则2fu v∂=∂∂.12．【2005-3 4分】设二元函数)1ln()1(y x xe z y x +++=+，则=)0,1(dz .13．【2014-2 4分】设(,)z z x y =是由方程2274yz e x y z +++=确定的函数，则11(,)22|dz =．14．【2006-3 4分】设函数()f u 可微,且()102f '=,则()224z f x y =-在点(1,2)处的全微分()1,2d z =.15．【2009-3 4分】设()y x z x e =+，则(1,0)zx ∂=∂ 16．【1998-3 5分】设()arctan22y xz x ye-=+，求dz 与2zx y∂∂∂.17．【1994-1 3分】设sin xxu e y-=，则2u x y ∂∂∂在点1(2,)π处的值为18．【1998-1 3分】设1()(),z f xy y x y f x ϕϕ=++、具有二阶导数，则2z x y∂=∂∂19．【2007-1 4分】设(,)f u v 是二元可微函数，(,)y x z f x y =，则zx∂=∂ __________. 20．【2009-1 4分】设函数(),f u v 具有二阶连续偏导数，(),z f x xy =，则2zx y∂=∂∂.21．【2011-1 4分】设函数()⎰+=xydt t t y x F 021sin ,，则=∂∂==2022y x xF___________.22．【2007-3 4分】设(,)f u v 是二元可微函数，,y x z f x y ⎛⎫= ⎪⎝⎭，则z z x yx y ∂∂-=∂∂ __________23．【2008-2 4分】设xyy z x ⎛⎫=⎪⎝⎭，则(1,2)z x ∂=∂24．【2012-2 4分】设1ln z f x y ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭,其中函数()f u 可微，则2z z xy x y∂∂+=∂∂_______。
25．【1992-1 5分】设22(sin ,)xz f e y x y =+，其中()f x 具有二阶连续偏导数，求2z x y∂∂∂26．【2000-1 5分】设(,)()xy z f xy g y x=+，其中f 具有二阶连续偏导数，g 具有二阶连续导数，求2zx y∂∂∂.27.【2001-1 6分】设函数(,)z f x y =在点(1,1)处可微，且(1,1)(1,1)(1,1)1,2,3,()df dff x dx dy ϕ====(,(,))f x f x x ，求31()x d x dx ϕ=28．【2004-2 10分】设22(,)xy z f x y e =-,其中f 具有连续二阶偏导数,求2,,z z zx y x y∂∂∂∂∂∂∂. 29．【2009-2 10分】设(),,z f x y x y xy =+-，其中f 具有2阶连续偏导数，求dz 与2z x y∂∂∂ 30．【1997-3 5分】设(),,u f x y z =有连续偏导数，()y y x =和()z z x =分别由方程0xy e y -=和0z e xz -=所确定，求dudx.31．【2013-2 4分】设()yz f xy x =，其中函数f 可微，则x z z y x y∂∂+=∂∂（） （A ）2()yf xy '（B ）2()yf xy '-（C ）2()f xy x （D ）2()f xy x- 32．【2005-1 4分】设函数⎰+-+-++=y x yx dt t y x y x y x u )()()(),(ψϕϕ, 其中函数ϕ具有二阶导数，ψ具有一阶导数，则必有（）()A 2222y u x u ∂∂-=∂∂()B 2222yux u ∂∂=∂∂()C 222y u y x u ∂∂=∂∂∂()D 222x u y x u ∂∂=∂∂∂. 33．【2007-3 4分】设(,)f u v 是二元可微函数，,y x z f x y ⎛⎫= ⎪⎝⎭，则z z x yx y ∂∂-=∂∂ ___ .34.【2011-3 4分】设函数1x yx z y ⎛⎫=+⎪⎝⎭，则()1,1=dz .35．【1996-3 6分】设函数()z f u =，方程()()xyu u p t dt ϕ=+⎰，其中u 是,x y 的函数，()(),f u u ϕ可微，()()',p t t ϕ连续，且()'1u ϕ≠.求()()z zp y p x x y∂∂+∂∂. 36．【2001-3 5分】设(),,u f x y z =有连续的一阶偏导数，又函数()y y x =及()z z x =分别由下列两式确定：2xye xy -=和0sin x zxte dt t-=⎰，求du dx 37．【2003-3 8分】设(,)f u v 具有二阶连续偏导数，且满足12222=∂∂+∂∂v fu f ，又)](21,[),(22y x xy f y x g -=,求.2222yg x g ∂∂+∂∂38．【2005-3 8分】设()f u 具有二阶连续导数，且)()(),(yx yf x yf y xg +=，求.222222y g y x g x ∂∂-∂∂【小结】：多元函数的复合函数求导法则比一元函数复杂，根据复合函数中间变量的不同形式我们有如下求导公式：如果(,)((),())z f u v f t t ϕφ==，则dz f du f dvdt u dt v dt∂∂=+∂∂； 如果(,)((,),(,))z f u v f x y x y ϕφ==，则z f u f v x u x v x ∂∂∂∂∂=+∂∂∂∂∂，z f u f vy u y v y∂∂∂∂∂=+∂∂∂∂∂ 如果(,)((,),())z f u v f x y y ϕφ==，则z f u x u x ∂∂∂=∂∂∂，z f u f dvy u y v dy∂∂∂∂=+∂∂∂∂. 2．隐函数求导39．【2005-1 4分】设有三元方程ln 1xy xy z y e -+=，根据隐函数存在定理，存在点(0,1,1)的一个邻域，在此邻域内该方程（）()A 只能确定一个具有连续偏导数的隐函数(,)z z x y =()B 可以确定两个具有连续偏导数的隐函数(,),(,)y y x z z z x y == ()C 可以确定两个具有连续偏导数的隐函数(,),(,)x x y z z z x y == ()D 可以确定两个具有连续偏导数的隐函数(,),(,)y y x z x x z y ==40．【2002-3 8分】设函数(,,)u f x y z =有连续偏导数，且(,)z z x y =由方程x y z xe ye ze -=所确定，求du41．【2004-2 3分】设函数(,)z z x y =由方程232x z z e y -=+确定, 则3z z x y∂∂+=∂∂______. 42．【1995-1 5分】设(),,u f x y z =，()2,,0y x e z ϕ=，sin y x =，其中,f ϕ都具有一阶连续偏导数，且0z ϕ∂≠∂，求dudx. 43．【1999-1 5分】设(),()y y x z z x ==是由方程()z xf x y =+和(,,)0F x y z =所确定的函数，其中f 和F 分别具有一阶连续导数和一阶连续偏导数，求dzdx. 44．【2008-3 10分】设(,)z z x y =是由方程()22x y z x y z ϕ+-=++所确定的函数，其中ϕ具有2阶导数且1ϕ'≠-时.（1）求dz（2）记()1,z z u x y x y x y ⎛⎫∂∂=- ⎪-∂∂⎝⎭，求u x ∂∂. 45．【2010-1,24分】设函数(,)z z x y =由方程,0y z f x x ⎛⎫=⎪⎝⎭确定, 其中f 为可微函数, 且20f '≠，则=∂∂+∂∂yzy x z x（） ()A x ()B z ()C x -()D z -46．【2013-3 4分】设函数),(y x z z =由方程xy y z x =+)(确定，则=∂∂)2,1(xz________。