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多元函數隻有一個偏導數存在

生活 更新时间:2024-07-05 19:32:16

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導數定義:

多元函數隻有一個偏導數存在(從導數的意義理解多元函數的偏導數存在性與連續性為何無關)1

由于 x 可以代表定義域内的任意一點x0,上圖說明,任意一點的導數值都是一個極限值,而不是一個函數值。因為導數值代表斜率,斜率是需要兩個以上的點才能求出的。

我們知道,對于一元函數,可導一定連續:

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但連續不一定可導:

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圖1

這裡有一點要注意,當我們求某一點的導數值f'(x0)的時候,隻有當導函數f'(x)在x0連續的時候,才可以直接把x0代入f'(x)求得f'(x0)的值,否則就要像上圖一樣通過定義來求左導數和右導數。比如f'(x)=x^2這樣的導函數是可以直接代入求取x0這一點的導數值f'(x0)的,這是因為對于這個導數函數來說,任一點x0的極限值就等于它在這一點的函數值。

再看多元函數的情形。

讨論函數

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在(0,0)點處的連續性:

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由于二元函數任意一個點的鄰域是一個區域,因此就存在着向這個點趨近時候的方向問題。正是由于方向性的存在,導緻了上述函數在(0,0)點的不連續

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但這個函數在(0,0)點的偏導數存在。

對于上圖中函數在(0,0)點的偏導數求法問題,同樣注意:

對于非(0,0)點的偏導數,可以通過導函數來求:

對x偏導數:

Z'x= [y*(x^2 y^2) -xy*2x] /(x^2 y^2)^2

=(y^3 -x^2 y)/(x^2 y^2)^2

對y偏導數:

Z'y=[x*(x^2 y^2) -xy*2y] /(x^2 y^2)^2

=(x^3 -xy^2)/(x^2 y^2)^2

但對于(0,0)點的偏導數,則必須通過定義來求:

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這是因為函數在(0,0)點沒有函數表達式,隻有一個數值,而對于一個孤立的點是沒辦法求導數的。當采用定義方式以後,出現了

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由于delta x不等于0,因此可以使用函數表達式

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而對于極限

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之所以等于0 ,是因為我們确定了分子為0,而分母delta x隻是無限趨近于0,永遠也不會等于0,所以結果是0,上述極限并不是什麼0/0型的極限,這也是極限思想的精髓所在。

上面的叙述說明對于多元函數來說,在某一點的偏導數存在,這一點的函數值不一定連續

那如果函數在某點連續,是不是偏導數一定存在呢?

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上圖中的圓錐是一個倒立的圓錐:

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當x=0時,由YOZ平面截取的曲線 z=|y| 就是和圖1一樣,因此在(0,0)點是沒有導數的。

也可以通過求偏導函數的方法解決:

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上面的這個偏導數函數在(0,0)點也沒有定義,所以在(0,0)點沒有導數值,不可導。

同樣

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也不可導。

上面的倒立錐面在(0,0)點是有定義的,但對于偏導函數來說,在(0,0)點是沒有定義的,所以不可導。

因此,對于多元函數來說,函數連續不一定偏導數存在

簡單概括一下:

1:某一點的導數值是一個極限值。

2:對于多元函數來說,某一點的偏導數存在與否和這一點的函數值是否連續無關。

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