偏导数概念与几何意义
偏导数的物理几何意义
偏导数的物理几何意义偏导数是多元函数微分学中的重要概念，它描述了函数在其中一点沿着一些坐标轴的变化率。
在物理学中，偏导数有着重要的几何和物理意义。
以下是偏导数的物理几何意义的详细解释：1.变化率：函数的一阶偏导数描述了函数在其中一点的变化率。
在物理学中，这可以理解为物理量在该点的变化率。
例如，在空间中考虑一个以时间t为参数的三维位置矢量函数r(t)=(x(t),y(t),z(t))，其中x、y和z分别是位置矢量在x、y和z轴的分量。
三个分量的一阶偏导数分别是x的速度、y的速度和z的速度，它们描述了位置矢量在每个轴上的变化率。
2.切线和切平面：二元函数的两个偏导数代表了函数图像上的切线和切平面。
在物理学中，这对于描述曲线和曲面的切线和切平面是非常重要的。
例如，在二维平面上考虑一个函数z=f(x,y)，其中x和y是平面上的坐标变量。
函数的偏导数∂z/∂x和∂z/∂y分别表示函数图像上的沿着x轴和y轴方向的切线斜率。
这意味着我们可以借助偏导数来找到函数图像上的切线和切平面，从而描述函数在其中一点的局部行为。
3. 法向量：在多元函数的高阶偏导数中，Hessian矩阵的特征向量对应的特征值具有重要的物理和几何意义。
特别地，Hessian矩阵是一个对称矩阵，它描述了函数图像局部的二次曲率信息。
Hessian矩阵的特征向量对应的特征值是曲面在该点法向量的方向和曲率。
例如，在二维平面上考虑一个函数z = f(x, y)，其中x和y是平面上的坐标变量。
Hessian矩阵的特征向量对应的特征值描述了曲面在该点的法向量方向和曲率大小，这对于描述曲面的形态和弯曲性质具有重要作用。
4.极值点：在多元函数中，偏导数可以帮助我们找到函数的极值点。
在物理学中，这对于优化和最优化问题的求解是非常重要的。
例如，考虑一个具有多个变量的能量函数E(x,y,z)，其中x、y和z是能量函数的自变量。
函数的偏导数∂E/∂x，∂E/∂y和∂E/∂z可以帮助我们找到能量函数的极小值点，这在工程和科学应用中广泛用于优化问题和最优化算法。
11-2 偏导数
【解】令 x r cos ，y r sin ( r 0) 则有
xy lim 2 x 0 x y 2 y 0
lim cos sin
r 0
cos sin
极限值与 有关，说明此极限不存在．
Hale Waihona Puke 连续可微uz y e yz
1 y du dx ( cos z e yz ) dy ye yz dz 2 2 d u( 2, ,1) dx e dy e dz
【例3】若 d y z d x xzy z 1 d y xy z ln y d z , 求 ( x, y, z ).
z 0
( x , y ) (0,0)
f ( x x, y y) f ( x, y)
故 z = f (x, y)在 (x, y) 处连续. (2) 令 y 0， 则 z x z Ax o(| x |)
f ( x x , y ) f ( x , y ) Ax o(| x |) A 从而 lim lim x 0 x 0 x x
取 y x，则 2 | x | ，f | x | ，有
x 0 y x 0
0
lim
| x y |
lim
x 0
1 | x | 0 2 2 | x |
故在点 (0,0) 不可微．
z z 若 z = f (x, y)的偏导数 , 在点 (x, y) 处连续， x y 则函数在点 (x, y) 可微.
4 3
3
4
fx
3
1 3 x 3 , 4 x y 1
第二节 偏导数
V k , T V, T P P k
从而
P V
V T
T P
kT V2
k P
V k
kT PV
1
.
2019年12月24日星期二
徐州工程学院数理学院
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警告各位！
偏导数 z 是一个整体记号, 不能拆分. x
不能像一元函数那样将 z , z 看成是
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1997年研究生考题, 选择, 3分
f
(
x,
y)
x2
xy
y2
( x, y) (0,0)在点(0,0)处( C
).
0 ( x, y) (0,0)
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.
x y
z 与 x , y 的商.
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例7 求 u e x xy2z3 的偏导数 .
解:
u e xxy2z3 (1 y2 ) ;
x
u e xxy2z3 2x y ; y
u e xxy2z3 (3z2 ) . z
函数有相应的增量 (称为关于x的偏增量), 即
x z f ( x0 x, y0 ) f ( x0 , y0 )
如果极限
lim x z lim f ( x0 x, y0 ) f ( x0 , y0 )
x0 x x0
new 第二节偏导数
∂2 f ∂2 f = 。 ∂x∂y ∂y∂x
∂u ∂u ∂u , . 例8 u = x + ln 1 + z ，求 2 ， ∂x ∂y∂x ∂z∂y
2 2 2 2y 2
∂u 2 y −1 ∂ u [解] , = 2 x 2 y ln x , = 2 yx ∂x ∂y 1 z z ∂u ∂ 2u 2 y−2 ; = ⋅ = 2 2 = 2 y ( 2 y − 1) x 2 2 1 + z ∂x ∂z 1+ z 1+ z
类似于一元函数的求导 法则, 成立下述求导公式 ur ur uur ur ur r dC d ( A + B) d A d B = 0 (C为常向量 ), = + dt dt dt dt
ur ur r ur d ( A ⋅ B ) d A ur ur d B = ⋅ B + A⋅ dt dt dt ur ur ur ur d ( A × B ) d A ur ur d B = × B + A× dt dt dt
2
∂z xy 2 2 xy 2 [解 ] = e ( xy ) x = e ⋅ y 2 ∂x
2
∂z ∂ 2z ,求 和 . ∂x ∂x∂y
∂ z ∂ ∂z xy 2 xy 2 2 = ( ) = (e ) y ⋅ y + (e )( y 2 ) y ∂ x∂ y ∂ y ∂ x =e
xy 2
⋅ 2 xy ⋅ y + e
r ∂A( x , y , z , t ) ∂Ax ∂Ay ∂Az , , 类似地, 有 = ∂y ∂y ∂y ∂y ur ur ∂ A ∂Ax ∂Ay ∂Az ∂ A ∂Ax ∂Ay ∂Az , , , , = = , ∂z ∂ z ∂ z ∂z ∂ t ∂t ∂ t ∂t r ur 特别地，若向量函数A = A( t )仅依赖于一个自变量t , ur r r u r A( t ) = Ax ( t )i + Ay ( t ) j + Az ( t )k , 则 ur r dAx r dA y r dAz u d A r′ i+ j+ k = A (t ) = dt dt dt dt
偏导数知识点公式总结
偏导数知识点公式总结一、偏导数的概念1.1 偏导数的定义偏导数是多元函数对其中一个自变量的导数。
对于一个函数 $f(x_1, x_2, ..., x_n)$，它的偏导数 $\frac{\partial f}{\partial x_i}$ 表示在$x_i$方向上的变化率。
偏导数的定义可以表示为：$$\frac{\partial f}{\partial x_i} = \lim_{\Delta x_i \to 0} \frac{f(x_1, x_2, ..., x_i + \Delta x_i, ..., x_n) - f(x_1, x_2, ..., x_i, ..., x_n)}{\Delta x_i}$$1.2 偏导数的图示解释偏导数可以通过函数曲面的切线来解释。
对于函数 $z = f(x, y)$，在点$(x_0, y_0, z_0)$处的偏导数 $\frac{\partial f}{\partial x}$可以理解为曲面在$x$方向的斜率，即曲面在$x$方向上的变化率。
同样地，$\frac{\partial f}{\partial y}$表示曲面在$y$方向上的变化率。
这样的解释有助于我们更直观地理解偏导数的含义。
二、偏导数的性质2.1 对称性对于二元函数 $f(x, y)$，它的偏导数满足对称性，即$\frac{\partial^2 f}{\partial x \partial y} = \frac{\partial^2 f}{\partial y \partial x}$。
这一性质表明，在计算混合偏导数时，可以不必考虑自变量的顺序。
2.2 连续性在函数的定义域内，若偏导数存在且连续，则函数规定可微。
这一性质是偏导数与函数连续性的关系，对于函数的导数性质有着重要的影响。
2.3 性质总结：和与积对于函数 $u = u(x, y)$ 和 $v = v(x, y)$，它们的偏导数具有和与积的运算法则。
3.1-2 偏导数与高阶偏导
f yx ( x 2x, y 1y) f xy ( x 3x, y 4y)
由 于f xy , f yx连 续, 令x 0, y 0得 : f xy ( x , y ) f yx ( x , y )
( x0 , y0 ) 处的函数值。偏导函数简称偏导数。
偏导数的概念还可以推广到二元以上的多元函数。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
函数 u f ( x, y, z ) 在点 ( x , y, z ) 处对 x 的偏导数定义为 f ( x x , y , z) f( x , y , z) f x ( x , y , z ) lim 。 x 0 x 5
第三节
偏导数与全微分
第五章
多元函数微分学及其应用
3.1 偏导数概念与几何意义
1.函数 z f ( x , y ) 在点 M 0 ( x0 , y0 ) 处的偏导数的定义
定义 3.1 设 z f ( x, y) 在点 M0 ( x0 , y0 ) 的某一邻域 N ( M0 )
上有定义，当 y 固定在 y0 而 x 在 x0 处有增量 x 时 ，相应地 函数有增量 f ( x0 x, y0 ) f ( x0 , y0 ) ，
f xy (0,0) f yx (0,0)
例1 中 2 y 2 y 2 y 2 y , 而例 2 中 , xy yx xy yx
问：混合偏导数相等需要什么条件？
18
第五章
多元函数微分学及其应用
定理 3.1：如果 f xy ( x, y) ， f yx ( x, y) 在点 ( x, y) 的某邻域 内连续，则有 f xy ( x, y) f yx ( x, y) 。
偏导数
偏导数
一、偏导数的概念
二、几何意义
三、高阶偏导数
四、小结 思考题
二元函数z = f (x, y)在点(x0, y0)处的增量：
一、偏增量
z x f ( x0 x , y0 ) f ( x0 , y0 )
z y f ( x 0 , y0 y ) f ( x 0 , y 0 )
f x (0,0) lim
x 0
f (0 x ,0) f (0,0) 00 lim 0 x 0 x x
00 f (0,0 y ) f (0,0) lim f y (0,0) lim 0 y 0 y y 0 y
３、偏导数存在与连续的关系 一元函数中在某点可导 连续 多元函数中在某点偏导数存在 连续
定理 如果函数z f ( x , y ) 的两个二阶混合偏导数
2z 2z 及 在区域 D 内连续，那末在该区域内这 yx xy
两个二阶混合偏导数必相等．
四、小结 思考题
1、偏导数的定义 （偏增量与对应自变量增量之比的极限）
2、偏导数的计算
纯偏导 3、高阶偏导数 混合偏导（相等的条件）
称此极限为z f ( x, y )在P0 பைடு நூலகம் x0 , y0 )处关于y的偏导数 存在，
记作 zy
z ， x x0 ， f y ( x 0 , y0 ) y y y0
f 或 y x x0
y y0
x x0 y y0
如果函数 z f ( x , y )在区域 D 内任一点( x , y )处 对 x 的偏导数都存在，由于这个偏导数仍是 x , y 的函数,故称为函数 z f ( x , y )对 x 的偏导函数.
偏导数的几何意义
偏导数的几何意义导数是微积分的重要概念，描述了函数的变化率和切线的斜率。
而函数可以是多变量的，也就是包含多个自变量的函数。
在多变量函数中，我们常常使用偏导数来描述函数在某个指定变量处的变化率。
本文将会探讨偏导数的几何意义以及其在实际应用中的重要性。
一、偏导数的定义和计算方法首先，我们来了解一下偏导数的定义。
对于多变量函数f(x1,x2,...,xn)，我们可以将其中一个自变量视为固定值，而对其他自变量求导。
这就得到了偏导数。
偏导数可以记作∂f/∂xi，其中∂表示对单个变量求导。
计算偏导数的方法与对单变量函数求导的方法类似。
对于多变量函数f(x1,x2,...,xn)，我们将其中的其他自变量视为常数，然后对指定的自变量进行求导。
例如，对于函数f(x,y)=x^2+y^2，在x处求偏导数时，我们将y视为常数，对x进行求导，得到2x；而在y处求偏导数时，我们将x视为常数，对y进行求导，得到2y。
二、1. 偏导数与斜率的关系偏导数可以看作是多变量函数图像上某点处的切线斜率。
在二维平面中，对于函数f(x,y)，偏导数∂f/∂x和∂f/∂y分别表示了函数在x和y 方向上的变化率。
因此，它们可以用来确定函数图像上某点处的切线斜率。
当在点(x0,y0)处求对x的偏导数时，结果表示了函数曲面在(x0,y0)点处关于x轴的切线斜率。
同理，对y的偏导数可表示函数曲面在(x0,y0)点处关于y轴的切线斜率。
2. 偏导数与方向导数的关系方向导数是一种描述函数在给定方向上变化率的概念。
对于多变量函数f(x1,x2,...,xn)，它的方向导数在点(x0,y0,...,zn)处的方向u处定义为：Duf(x0,y0,...,zn) = ∇f(x0,y0,...,zn)·u其中∇f(x0,y0,...,zn)表示函数在点(x0,y0,...,zn)处的梯度向量，u表示方向向量。
梯度向量可以看作是偏导数组成的向量，即：∇f(x0,y0,...,zn) = ( ∂f/∂x0, ∂f/∂y0,..., ∂f/∂zn )因此，可以将方向导数与偏导数联系起来。
偏导数知识点总结
偏导数知识点总结一、偏导数的定义1.1 偏导数的定义在一元函数的导数中，我们知道函数在某一点上的导数是该点上切线的斜率，表示函数的变化速率。
而对于多元函数而言，其变量不再只有一个，而是有多个自变量。
因此，多元函数的变化速率也需要沿着各个自变量方向来进行分析。
这就引出了偏导数的概念。
设函数z=f(x,y)表示一个二元函数，如果z在点(x0,y0)处的偏导数存在，那么这个偏导数就表示函数z在点(x0,y0)处对自变量x或y的变化率。
1.2 偏导数的符号表示一般来说，对于函数z=f(x,y)而言，其偏导数有以下表示方法：∂f/∂x 表示f对x的偏导数∂f/∂y 表示f对y的偏导数其中，∂代表“偏”，表示“对于某一变量的偏导数”。
1.3 偏导数的几何意义对于二元函数z=f(x,y)而言，其偏导数在点(x0,y0)处有着直观的几何意义。
对于∂f/∂x来说，其表示函数z=f(x,y)在点(x0,y0)处，对于x的变化率。
换句话说，就是当x在点(x0,y0)处做微小的增量Δx时，函数z在这一点的斜率。
这也为我们理解偏导数提供了直观的图形化方式。
二、偏导数的计算方法2.1 偏导数的计算步骤在计算偏导数时，需要按照以下步骤进行：（1）首先确定函数的变量和导数所对应的自变量。
（2）对于多元函数z=f(x,y)来说，在计算偏导数时，只需将其他自变量视为常数进行计算。
（3）分别对每一个自变量进行求偏导数，从而得出偏导数的值。
2.2 偏导数的计算规则在计算偏导数时，有以下几个基本的计算规则：（1）常数求导规则：对于常数c，其偏导数为0，即∂c/∂x=0，∂c/∂y=0。
（2）一元函数求导规则：对于多元函数f(x,y)=g(x)h(y)，其偏导数可用一元函数求导法则计算。
（3）和差积商的偏导数计算：对于以上引用的复合函数，其偏导数的计算可利用和差积商的法则计算，具体可参考一元函数的求导法则。
（4）高阶偏导数的计算：与一元函数的高阶导数一样，多元函数的高阶偏导数也可以递归地计算，即先求一阶偏导数，然后再计算其偏导数的偏导数，直至得出所求的高阶偏导数。
对x求偏导几何意义
对x求偏导几何意义对x求偏导几何意义在微积分学中，偏导数是一个非常重要的概念。
偏导数描述的是一个函数沿着某一个特定的方向的变化速率。
对于二元函数，偏导数指的是函数在某一点处，沿着x轴或y轴方向的变化速率。
那么对x求偏导的几何意义是什么呢？让我们一起来深入探讨一下。
一、对x求偏导数的定义对于一个二元函数z=f(x,y)，我们可以分别对x，y分别求导。
其中对x求导得到的结果称为函数z对x的偏导数，记作f_x。
具体而言，偏导数的定义为：$$ f_{x} =\lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x+\Delta x,y) - f(x,y)}{\Delta x}$$ 二、对x求偏导数的几何意义对于二元函数z=f(x,y)，我们可以将它们在三维空间中表示为一个曲面。
而对于z=f(x,y)函数在某个点(x0,y0,z0)处的所有偏导数，其几何意义可以用无数条直线来展示。
这些直线既可以在平面上垂直于x轴，也可以平行于x轴方向。
对于平行于x轴方向的直线，它们的斜率实际上就是对x求偏导数f_x。
也就是说，对x求偏导数f_x代表了函数z=f(x,y)在点(x0,y0,z0)处沿着x轴方向的变化速率。
图1：对x求偏导的几何意义三、应用场景对x求偏导数的几何意义可以在实际应用中得到广泛应用。
具体而言，它们可以用于描述以下场景：1. 曲线求导在图形学中，我们经常需要计算曲线的斜率和曲率。
这些量可以通过求导数来计算。
而对于二元函数z=f(x,y)，我们可以将其表示为一个曲面。
如果我们需要计算z=f(x,y)在某一点处的切线的斜率，就需要对x求偏导数。
2. 优化问题在优化问题中，我们常常需要求解目标函数的最优解。
而对x求偏导数可以帮助我们寻找最优解。
对于一个函数f(x)，如果f'(x)<0，那么当前点的增长率为负，说明在当前点左侧的函数值更大，应该向左移动；反之，如果f'(x)>0，那么当前点的增长率为正，说明在当前点右侧的函数值更大，应该向右移动。
偏导数几何意义
z x
x x0 y y0
,
f x
x x0 y y0
,
zx xx0 , 或 fx(x0, y0).
y y0
类似地, 可定义函数zf(x, y)在点(x0, y0)处对y的偏导数.>>>
一、偏导数的定义及其计算法
❖偏导数的定义
f
x
(x0,
y0)
lim
x0
f (x0 x, y0) x
fxy(x,
y)
,
x
(z ) y
2z yx
f yx(x,
y)
,
y
(yz )
2z y2
f yy (x,
y)
.
其中fxy(x, y)、fyx(x, y)称为混合偏导数.
类似地可定义三阶、四阶以及n阶偏导数.
x
(z ) x
2z x2
,
(z ) 2z , y x xy
提示：当点P(x, y)沿直线ykx趋于点(0, 0)时, 有 因此, 函(ffx数x,(y(ylx)i0fm,(,k0xx(00),),0y))0x在dd2,xx([y0fyf,(2(00x,),的y0lxi)m)]极00x限02,k不xk2f2存yx(20在,0,1)当kkd然d2y [.也f (不0,连y)]续.0 .
6
y2
2z 6x2 y9y2 1 , 2z 6x2 y9y2 1.
xy
yx
定理
如果二阶混合偏导数
2z yx
及
2z xy
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.
8.2-2偏导数的几何意义及偏导数存在与连续的关系
偏 导数存在与连续的
关系
第八章多元函数微分学 第2节偏导数及其在经济分析中的应用
主讲 韩华
1 -几何意义
经济数学
微积分
偏导数人（X。成0） 就 是曲面被平面 y = yQ 所 截 得 的 曲 线在点处的切线 对x轴的斜率.
O
1 -几何意义
经济数学--微积分
偏导数人（乂0 9 No ） 就 是 曲 面 被 平 面 X = x0 所 截 得 的曲线在点 M。处 的切线对 p轴的斜 率.
点处并不连续.偏导数存在宀连续.
微积分
谢谢
T导数存在与连续的关系
一元函数中在某点可导—►连续， 多元
函数中在某点偏导数存在斗连续,
= i 例如，函数 f (x,y)
2 x2y, x 2 + y 2 丰 0
+ , X2
y2
2
,
、0,
x2+ y2= 0
依定义知在(0,0)处，fx (0,0) = fy (0,0) = 0. 但函数在该
8-2多元函数的偏导数
解(方法1) 先求后代
z 2x3y,
x
z
3x2y
y
z
21328,
x (1, 2)
z
31227
y (1, 2 )
(方法2) 先代后求
z y 2 x2 6x4
z x
(1,
dz(x,2) 2 ) dx
x1ddx(x26x4)x1
(x0, y0)处对x 的偏导数，记为
z
f
; x ( x0 , y0 )
; x ( x0, y0 )
zx ( x0 , y0 ) ;
fx(x0,y0).
注
fx(x0, y0)
lim f(x0 x,y0)f(x0,y0) d
x 0
x
dx
f
(x,
y0)
xx0
同样可定义 函数 f(x, y) 在点(x0, y0) 对 y 的偏导数
例9 证明函数
1 u ,r
x2y2z2满足拉普拉斯
r
方程
2u 2u 2u u 0
在点 (x , y , z) 连续时, 有
f x y z ( x ,y , z ) f y z x ( x ,y , z ) f z x y ( x ,y , z ) f x z y ( x , y , z ) f y x z ( x , y , z ) f z y x ( x , y , z )
第八章
第二节 多元函数的偏导数
一、 偏导数的概念 二 、偏导数的计算 三 、偏导数的几何意义 四 、高阶偏导数
一、偏导数的概念
1.引例 弦线的振动问题. 研究弦在点 x0 处的振动 速度与加速度 , 就是将 振幅 u(x, t) 中的 x 固定 于x0 处, 求 u(x0, t) 关于 t 的一阶导数与二阶导数.
偏导数讲解
偏导数的物理几何意义
偏导数的物理几何意义一偏导数的定义在研究一元函数时.我们从研究函数的变化率引入了导数概念.对于多元函数同样需要讨论它的变化率.但多元函数的变化量不只一个,因变量与自变量的关系要比一元函数复杂的多.所以我们首先考虑多元函数关于其中一个自变量的变化率,以二元函数=为例,如果只有自变量变化,而自变量y固定(即看作常量),这时它就是的一元函数,这函数对x的导数,就称为二元函数z对于的偏导数,即有如下定义定义设函数z= 在点的某一邻域内有定义,当y固定在,而在处有增量时,相应的函数有增量- ,如果(1)存在,则称此极限为函数= 在点处对的偏导数,记做, , ,或例如,极限(1)可以表为=类似的,函数z= 在点处对的偏导数定义为记做, , 或如果函数= 在区域D内每一点( )处对的偏导数都存在,那么这个偏导数就是的函数,它就称为函数= 对自变量的偏导函数,记做, , ,或类似的,可以定义函数= 对自变量的偏导函数,记做, , ,或由偏导数的概念可知, 在点处对的偏导数显然就是偏导函数在点处的函数值,就像一元函数的导函数一样,以后在不至于混淆的地方也把偏导函数简称为偏导数.至于求= 的偏导数,并不需要用新的方法,因为这里只有一个自变量在变动,另外一个自变量看作是固定的,所以仍旧是一元函数的微分法问题,求时,只要把暂时看作常量而对求导;求时,则只要把暂时看作是常量,而对求导数.偏导数的概念还可以推广导二元以上的函数,例如三元函数在点( )处对的偏导数定义为=其中( )是函数的定义域的内点,它们的求法也仍旧是一元函数的微分法问题例求的偏导数解= ,=二偏导数的几何意义二元函数= 在点的偏导数的几何意义设为曲面= 上的一点,过点作平面,截此曲面得一曲线,此曲线在平面上的方程为= ,则导数,即偏导数,就是这曲线在点处的切线对轴的斜率.同样,偏导数的几何意义是曲面被平面所截得的曲线在点处的切线对的斜率三偏导数的几何意义我们知道,如果一元函数在某点具有导数,则它在该点必定连续,但对于多元函数来说,即使各偏导数在某点都存在,也不能保证函数在该点连续.这是因为各偏导数存在只能保证点P沿着平行于坐标轴的方向趋于P 时,函数值趋于,但不能保证点P按任何方式趋于P 时,函数值都趋于.例如,函数= ={在点(0,0)对的偏导数为同样有但是我们在前面的学习中知道这函数在点(0,0)并不连续四二阶混合偏导数设函数= 在区域D内具有偏导数= , =那么在D内, 都是的函数.如果这里两个函数的偏导数也存在,则它们是函数= 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:,,其中第二,第三个偏导数称为混合偏导数例2 设,求, , ,,从例子中,我们看到两个二阶混合偏导数相等,即, =我们再看用maple作求的图形第一个图形为第二个图形为从图中我们看到两个连续的偏导函数，它们是相等的这不是偶然的,事实上我们有下述定理定理如果函数= 的两个二阶混合偏导数及在区域D里连续,那么在该区域内这两个二阶混合偏导数必定相等换句话说,二阶混合偏导数在连续的条件下与求导的次序无关。
偏导数几何意义
偏导数几何意义偏导数是多元函数微积分中的一个重要概念，它用来描述函数在某个方向上的变化率。
偏导数的几何意义主要包括以下几个方面：1. 偏导数的定义偏导数是指在多元函数中，固定其他变量不变，仅对某个变量进行微小的变化时，函数的变化率。
如果函数$f(x_1,x_2,...,x_n)$在$x_i$处的偏导数存在，那么它的偏导数可以表示为$f_{x_i}(x_1,x_2,...,x_n)$。
对于二元函数$f(x,y)$，$f_x$表示函数在$x$轴方向上的变化率，$f_y$表示函数在$y$轴方向上的变化率。
2. 偏导数与方向导数偏导数描述了函数在某个方向上的变化率，因此它与方向导数密切相关。
方向导数是指函数在某个方向上的变化率，可以表示为$\frac{\partial f}{\partial\boldsymbol{u}}$，其中$\boldsymbol{u}$是方向向量。
在某个点上，如果函数在所有方向上的变化率都存在，那么这些变化率就构成了一个向量，称之为梯度向量。
3. 偏导数与曲面偏导数可以用来描述曲面的性质。
对于任意的曲面，如果它在某个点处的偏导数存在，那么这个曲面在这个点处有一个唯一的切平面。
这个切平面与$x_i$轴的夹角就是$f_{x_i}$的值，它描述了曲面在这个方向上的变化率。
使用偏导数可以求解曲面的最大值和最小值。
对于一个具有偏导数的函数$f(x_1,x_2,...,x_n)$，可以使用偏导数方法求得$f$的最值点，即令所有$n$个偏导数都等于零，然后求解方程组。
最大值和最小值点就是$f$的极值点。
偏导数还可以用来描述曲线的性质。
考虑一个函数$f(x,y)$和一条曲线$C$，如果曲线$C$落在$f=0$的等高线上，那么曲线$C$在这个点处的斜率等于$f$在这个点处的梯度向量在曲线$C$方向的投影，即$\nabla f(x,y)\cdot\frac{d\boldsymbol{x}}{dt}$。
1.3偏导数
f (0 + ∆x,0) − f (0,0) = lim 0 − 0 = 0 解 : f x (0,0) = lim ∆x →0 ∆x ∆x →0 ∆x
f (0,0 + ∆y ) − f (0,0) = lim 0 − 0 = 0 f y (0,0) = lim ∆y →0 ∆y ∆y →0 ∆y
x + y ≠ 0时, 2 3 x y 2 xy ′ f x ( x, y ) = ( 2 ) = 2 2 x 2 2 x +y (x + y )
解
当x 2 + y 2 ≠ 0时，利用求导法则求； 当x + y = 0时由偏导数定义求,
2 2
可得
x2 − y2 4x2 y 2 + 2 , x 2 + y 2 ≠ 0, y 2 2 2 2 f x ( x, y ) = x + y (x + y ) x 2 + y 2 = 0. 0,
再由偏导数定义可得
f x (0, ∆y ) − f x (0,0) f xy (0,0) = lim ∆y →0 ∆y
− ∆y = lim = −1, ∆y →0 ∆y
0 0
x = x0 y = y0
或 f x ( x 0 , y0 )
同理,可定义函数 同理 可定义函数 z = f ( x , y ) 在点 ( x0 , y0 ) 可定义 的偏导数， 处对 y 的偏导数， 为 记为 或
f ( x 0 , y 0 + ∆ y ) − f ( x 0 , y0 ) lim ∆y → 0 ∆y ∂f ∂z ， x = x ， f y ( x 0 , y0 ) ∂y y = y 0 ∂y x = x0
§6.3偏导数
′ = z ′yx
的偏导数, 的偏导数, 偏导数. 的偏导数称为 偏导数
10
z = x 3 y 2 3xy 3 xy + 1, 求它的二阶偏导数 求它的二阶偏导数. 例1.设 设
z 解 = 3x 2 y 2 3 y 3 y , x 2 z z = = 6 xy 2 , 2 x x x
z = 2 x3 y 9 xy 2 x, y 2 z z = = 6 x 2 y 9 y 2 1, xy y x
2 z z 2 z z 2 2 3 = = 2 x 18xy, = = 6 x y 9 y 1, y 2 y y yx x y y 3z 2 z 2 z 3 z = 2 = 6 y2, = 2 = 12xy. 再求 3 2 x x x x y y x
称为函数 z = f ( x , y ) 对于 x 的偏改变量或偏增量, 的偏改变量或偏增量, 类似地: 类似地: y z
= f ( x0 , y0 + y ) f ( x0 , y0 )
的偏改变量或偏增量. 称为函数 z = f ( x , y ) 对于 y 的偏改变量或偏增量 当 x 在 x0 处有增量 x , y 在 y0 处有增量 y 时,
x z y z 1 2 2 = 2 , = 2 , 证 z = ln( x + y ), 2 2 y x + y 2 x x + y
z (x + y ) x 2x y x = , = 2 2 2 2 2 2 2 x (x + y ) (x + y )
2
2
2
2
2
2 z ( x2 + y2 ) y 2 y x2 y2 . = = 2 2 2 2 2 2 2 y (x + y ) (x + y )
三维函数偏导的几何意义
三维函数偏导的几何意义摘要：一、偏导数的定义和意义二、三维函数偏导数的几何意义1.偏导数与梯度2.偏导数与切线3.偏导数与光滑性三、偏导数的应用正文：一、偏导数的定义和意义偏导数是多元函数中的一个重要概念，它表示函数在某一点的变化率。
对于三维函数f(x,y,z)，其在x、y、z方向的偏导数分别表示函数在x、y、z方向上的变化率。
偏导数的存在和连续性是多元函数微积分的基础，它们与函数的性质和图像密切相关。
二、三维函数偏导数的几何意义1.偏导数与梯度梯度是多元函数的一个矢量，表示函数在空间中的变化方向和速度。
三维函数的梯度等于其三个偏导数的向量之和。
梯度在空间中的方向表示函数增长或减少的最快方向，其大小表示函数变化的速度。
2.偏导数与切线在二维平面上，偏导数表示函数在某一点处的切线斜率。
同样，在三维空间中，偏导数表示函数在某一点处的切线斜率。
这意味着，三维函数在某个点的偏导数可以告诉我们该点处曲面的倾斜程度。
3.偏导数与光滑性导函数连续是用来刻画光滑性的。
在多元函数中，偏导数的连续性表示曲面的平滑程度。
偏导数在某个点的连续性可以用该点附近的切线斜率的一致性来描述。
如果偏导数在某点连续，那么该点处的切线斜率就有一致性，这意味着曲面在该点附近是平滑的。
三、偏导数的应用偏导数在数学、物理、工程等领域有广泛的应用。
例如，在计算机图形学中，偏导数用于渲染算法，如光线追踪和光栅化；在机器学习和计算机视觉中，偏导数在梯度下降算法和卷积神经网络中起着关键作用；在物理学中，偏导数用于描述物质的性质和运动规律。
偏导数的几何意义_概述说明以及解释
偏导数的几何意义概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在数学分析和微积分中，偏导数是一个重要的概念。
它们被广泛应用于各个领域，如优化问题、几何体参数化与曲线拟合以及物理学中的场和流动问题等。
偏导数的几何意义不仅能帮助我们理解函数在给定点处的变化率，还能揭示函数曲面切平面方向和法线方向上的斜率。
1.2 文章结构本文将首先介绍偏导数的定义，然后深入探讨偏导数在几何上的含义。
接着，我们将讨论偏导数在实际问题中的应用场景，并对其进行详细说明。
最后，我们将解释常见的偏导数计算方法并推导其中涉及到的公式。
1.3 目的本文旨在帮助读者全面理解偏导数在几何上的意义，并能够应用于实际问题中。
通过阐述偏导数计算方法和公式推导过程，读者将获得更深入和全面的知识。
此外，本文还将总结关键观点并提出未来可能研究方向，为读者进一步探索奠定基础。
以上就是本文“1. 引言”部分的详细内容。
2. 偏导数的几何意义：2.1 偏导数的定义：在多元函数中，偏导数是指对于一个变量求导时，其他变量保持不变。
对于一个函数$f(x_1, x_2,...,x_n)$，它关于第$i$个自变量$x_i$的偏导数表示为$\frac{\partial f}{\partial x_i}$。
2.2 几何意义一: 曲面切平面方向的斜率：偏导数的一种几何意义是描述曲面在某一点处切平面的斜率。
具体来说，考虑一个二元函数$f(x,y)$，我们可以将其看作是一个曲面。
在这个曲面上取一点$(x_0,y_0,f(x_0,y_0))$，此时$x$轴和$y$轴为该点的坐标轴，而斜率为偏导数$\frac{\partial f}{\partial x}(x_0,y_0)$和$\frac{\partial f}{\partial y}(x_0,y_0)$所组成的向量就是切平面在该点上的法向量。
2.3 几何意义二: 曲面上某点法线方向的斜率：另一种几何意义是描述曲面上任意一点处法线方向（垂直于曲面）的斜率。