高等数学-多元微分学习题
考察多元函数定义、极限存在、连续性、可微、可偏导、泰勒定理
多元函数的定义
例1
例2
偏导数的定义
偏导数是把多元函数其中一元看作变量,其他元看作常数后,求函数的变化率(求导)
例1
例2
例3
例4
例5
例6
例7
极值的定义
例1
例2
例3
例4
连续不一定可偏导,可偏导不一定连续
例1 连续不一定可偏导,可偏导不一定连续
可微必连续
例1 证明可微必连续
可微必可导
例1 证明可微必可偏导
求证:如果函数 \(z=f(x, y)\) 在点 \((x, y)\) 可微分,那么该函数在点\((x, y)\) 的偏导数 \(\frac{\partial z}{\partial x}\) 与 \(\frac{\partial z}{\partial y}\) 必定存在 \(,\) 且函数 \(z=f(x, y)\) 在点 \((x, y)\) 的全微分为\(\mathrm{d} z=\frac{\partial z}{\partial x} \Delta x+\frac{\partial z}{\partial y} \Delta y\)
例2 可微必可偏导
连续可偏导必可微
例1 证明连续可偏导必可微
例2
连续性、可偏导、可微的判断
连续性判断: 用连续定义判断:求该点处的极限,若极限值=对应点值,则连续。否则存在某路径极限值\(\neq\)对应点值,在该点不连续。
可偏导性的判断: 用偏导数的定义判断/求偏导数
可微的判断: 1)可微的定义判断 2)函数连续可偏导必可微 3)可微必可偏导、可微必连续的逆否命题:不可偏导一定不可微、不连续一定不可微
例1 函数连续性、可偏导性、可微的判断
例2 函数连续性、可偏导性、可微性的判断
例3 函数连续性的判断
例4 函数连续性、可偏导性的判断
例5 函数连续性、可偏导性、可微性的判断
例6 可微的判断
例7 可微的判断
例8 可微的判断
二元函数泰勒定理
例1
极限的证明与计算
例1
例2
例3
例4
例5
偏导数的计算
普通多元函数偏导数的计算
例1
例2
例3
例4
例5
例6
例7
例8
例9
例10
多元复合函数偏导数的计算
例1
例2
例3
例4
例5
例6
例7
例8
例9
例10
例11
例12
例13
例14
例15
例16
例17
例18
注意一下这里偏导数代入的是不同的值
例19
与变限积分函数复合,求偏导
例20
例21
例22
例23
例24
例25
例26
例27
例28
例29 换元/换坐标系
例30 换元/换坐标系
拉普拉斯算子在直角坐标系与柱坐标系中的转换
参考:拉普拉斯算子的百度百科
高数同济第七版P82的证明:
还有csdn上博主的证明(与高数同济7的证明类似):https://blog.csdn.net/u013102281/article/details/70800631
例31
例32 换元求偏导
例33
例34
例35
例36
例37
例38
例39
例40
例41
多元隐函数及方程组的偏导数的计算
例1
例2
例3
例4
例5
例6
例7
例8
例9
例10
例11
例12
例13
例14
例15
例16
例17
例18
例19
例20
全微分的计算
已知函数或隐函数求全微分
求多元函数的全微分,可以对函数两边取微分,直接得全微分。 如果是多元隐函数,或者方程组,可以对方程两边求各自由元的偏导数。利用偏导数得全微分。
例1
例2
例3
例4
例5
例6
例7
例8
例9
例10
已知部分偏导信息求全微分
例1
已知极限求全微分
例1
已知全微分求参数
例1
多元微分学代数应用:求多元函数极值
极值/最值问题,其实就是最优化问题。
注意:极值问题,可能取值的的位置,包括驻点、不可导点、边界点。
无条件极值的定义域为开区域,考虑的是定义域内的驻点是否取极值。 条件极值多了约束,考虑的是有约束的情况下是否取极值。(如果约束正好是对应无条件极值的边界,则条件极值考虑的是边界点是否取极值)
例如求 \(f(x, y)\) 在区域 \(D=\left\{(x, y) \mid x^{2}+4 y^{2} \leqslant 4\right\}\) 上的极值/最值。 可以拆成两部分来求: 在区域 \(D_1=\left\{(x, y) \mid x^{2}+4 y^{2} < 4\right\}\) 上找到所有的驻点判断是否取极值(求非条件极值) 在区域 \(D_2=\left\{(x, y) \mid x^{2}+4 y^{2} = 4\right\}\) 上,即给定约束\(x^{2}+4 y^{2} = 4\)的条件下,求函数的极值(求条件极值)
实际问题中,很多问题只在开区域内取最值,这个时候,可以不考虑在边界上取极值的情况(不用考虑条件极值)
无条件极值
无条件极值要求定义域为开区域
例1
例2
例3
例4
例5
例6
例7
例8
例9
条件极值
例1
例2
例3
例4
例5
例6
例7
例8
例9
例10
例11
例12
例13
例14
例15
多元微分学几何/向量分析应用:
空间曲线切向量和曲面法向量
空间曲线切向量的计算
切向量为\((x_t^\prime, y_t^\prime, z_t^\prime)\)或者\((1,\frac{dy}{dx}, \frac{dz}{dx})\)
参考答案是代隐函数方程组求偏导的Jacobi公式。实际上,求解过程一般就是解\(\frac{dy}{dx}, \frac{dz}{dx}\)的线性方程组的过程。
例1
空间曲面法向量的计算
空间曲面\(F(x,y,z)\)上任一点法向量为\((F_x,F_y,F_z)\)
例1
例2
例3
例4
例5
例6
例7
例8
向导数与梯度的计算
方向导数的计算
(方向导数是个值哦,不是向量;只是因为和梯度联系紧密,放到了这里)
例1
例2
例3
例4
梯度的计算
例1
例2
例3
例4