偏導(dǎo)數(shù)概念及其計算

1、目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 第二節(jié)一、一、 偏導(dǎo)數(shù)概念及其計算偏導(dǎo)數(shù)概念及其計算二二 、高階偏導(dǎo)數(shù)、高階偏導(dǎo)數(shù) 偏 導(dǎo) 數(shù) 第九章 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 一、一、 偏導(dǎo)數(shù)定義及其計算法偏導(dǎo)數(shù)定義及其計算法引例引例:研究弦在點 x0 處的振動速度與加速度 , 就是),(txu0 xOxu中的 x 固定于 x0 處,求一階導(dǎo)數(shù)與二階導(dǎo)數(shù).),(txu),(0txu),(0txu關(guān)于 t 的將振幅目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 定義定義1.),(yxfz 在點), (), (lim000yfyfx存在,xyxyxfz對在點),(),(00的偏導(dǎo)數(shù)，記為;),(00yxxz),(00yx的某鄰

2、域內(nèi);),(00yxxfxx00 x則稱此極限為函數(shù)極限設(shè)函數(shù))(0 xf)()(00 xfxxfx0limxx; ),(00yxfx;),(00yxxz0ddxxxy. ),(001yxf xyxfyxxfx),(),(lim000000),(dd0 xxyxfx),(00yxfx注意注意:目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 0),(dd0yyyxfy同樣可定義對 y 的偏導(dǎo)數(shù) lim0y),(00yxfy若函數(shù) z = f ( x , y ) 在域 D 內(nèi)每一點 ( x , y ) 處對 x,xzxfxz則該偏導(dǎo)數(shù)稱為偏導(dǎo)函數(shù), 也簡稱為偏導(dǎo)數(shù)偏導(dǎo)數(shù) ,),(, ),(1yxfyxfx),(,

3、),(2yxfyxfy) ,(0 xf),(0 xfy記為yy00y或 y 偏導(dǎo)數(shù)存在 ,yzyfyz目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 ),(zyxfx例如例如, 三元函數(shù) u = f (x , y , z) 在點 (x , y , z) 處對 x 的偏導(dǎo)數(shù)的概念可以推廣到二元以上的函數(shù) . lim0 x), (zyf),(zyfxxx?),(zyxfy?),(zyxfzx偏導(dǎo)數(shù)定義為(請自己寫出)目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 二元函數(shù)偏導(dǎo)數(shù)的幾何意義二元函數(shù)偏導(dǎo)數(shù)的幾何意義:00),(dd00 xxyxfxxfxxyy0),(yyyxfzxTM000),(dd00yyyxfyyfxxyy是曲線0

4、),(xxyxfzyTM0在點 M0 處的切線對 x 軸的斜率.在點M0 處的切線斜率.是曲線0 xyTyxzOxT0y對 y 軸的0M),(00yx目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 函數(shù)在某點各偏導(dǎo)數(shù)都存在,顯然例如例如, ,0,00,),(222222yxyxyxyxyxfz0)0,(dd)0, 0(xxfxfx0), 0(dd)0, 0(yyfyfy00注意：注意：但在該點不一定連續(xù)不一定連續(xù).上節(jié)例 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 例例1 . 求223yyxxz解法解法1xz)2, 1 (xz解法解法2) 2, 1(xz在點(1 , 2) 處的偏導(dǎo)數(shù).) 2, 1(yz,32yx yzyx2

5、3 ,82312)2, 1 (yz72213462xx1)62(xx81xz231yy 2)23(yy72yz先求后代先代后求目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 例例2. 設(shè)，）且1, 0(xxxzyzyzxxzyx2ln1 證證:xzyzxxzyxln1 例例3. 求222zyxr的偏導(dǎo)數(shù) . 解解:xryryyxx yz求證,1yxyxxylnz22222zyxx2rxrzzr,ry目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 偏導(dǎo)數(shù)記號是一個例例4. 已知理想氣體的狀態(tài)方程求證:1pTTVVpTRVp證證:,VTRp ,pTRV ,RVpT pTTVVp說明說明:(R 為常數(shù)) , Vp2VTRTVpRpTR

6、VVpTR1不能看作分子與分母的商 !此例表明,整體記號,目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 二、高階偏導(dǎo)數(shù)二、高階偏導(dǎo)數(shù)設(shè) z = f (x , y)在域 D 內(nèi)存在連續(xù)的偏導(dǎo)數(shù)),(, ),(yxfyzyxfxzyx若這兩個偏導(dǎo)數(shù)仍存在偏導(dǎo)數(shù)，)(xz)(yzx )(xzy ),()(22yxfyzyzyyy則稱它們是z = f ( x , y ) 的二階偏導(dǎo)數(shù) . 按求導(dǎo)順序不同, 有下列四個二階偏導(dǎo)22xz);,(yxfxxyxz2),(yxfyx);,(2yxfxyzxyx數(shù):目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 類似可以定義更高階的偏導(dǎo)數(shù).例如，例如，z = f (x , y) 關(guān)于 x 的三階

7、偏導(dǎo)數(shù)為3322)(xzxzxz = f (x , y) 關(guān)于 x 的 n 1 階偏導(dǎo)數(shù) , 再關(guān)于 y 的一階) (yyxznn1偏導(dǎo)數(shù)為11nnxz目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 22exy例例5. 求函數(shù)2exyz.23xyz解解 :xz22xz) ( 223xyzxxyzyzxyz2yxz2 22 yz注意注意: :此處,22xyzyxz但這一結(jié)論并不總成立.2exy22exy2exy22exy22exy24exy的二階偏導(dǎo)數(shù)及 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 0,)(4222224224yxyxyyxxxyfyfxxy)0, 0(), 0(lim0),(yxfy例如例如,),(yxfx)

8、0 , 0(yxfxfxffyyxxy)0, 0()0,(lim)0 , 0(0二者不等yyy0lim1xxx0lim1),(yxf0, 022 yx0,)(4222224224yxyxyyxxy0,022 yx0,222222yxyxyxyx0, 022 yx目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 例例6. 證明函數(shù)222,1zyxrru滿足拉普拉斯0222222zuyuxu證：證：xu22xu利用對稱性 , 有,3152322ryryu222222zuyuxuu方程xrr21rxr2131rxrrx4352331rxr5232231rzrzu52223)(33rzyxr2r0目錄 上頁 下頁 返回

9、結(jié)束 ,),()()(00連續(xù)都在點和若yxx,yfx,yfxyyx),(),(0000yxfyxfxyyx則定理定理.例如例如, 對三元函數(shù) u = f (x , y , z) ,),(),(),(zyxfzyxfzyxfyxzxzyzyx說明說明:本定理對 n 元函數(shù)的高階混合導(dǎo)數(shù)也成立.函數(shù)在其定義區(qū)域內(nèi)是連續(xù)的 , 故求初等函數(shù)的高階導(dǎo)數(shù)可以選擇方便的求導(dǎo)順序.),(),(),(zyxfzyxfzyxfxyzzxyyzx因為初等函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)仍為初等函數(shù) ,當(dāng)三階混合偏導(dǎo)數(shù)在點 (x , y , z) 連續(xù)連續(xù)時, 有而初等(證明略) 證明 定理定理.證證: :令),(),(),(000

10、0yxxfyyxxfyxF),(),()(00yxfyyxfx則),(yxFxxx)(10 xyxxfyyxxfxx ),(),(010010yxyyxxfyx),(2010),(),(0000yxfyyxf),(),()(00yxfyxxfy)10(1)1,0(21,),()()(00連續(xù)都在點和若yxx,yfx,yfxyyx),(),(0000yxfyxfxyyx則)()(00 xxx又令同樣),(),(),(0000yxxfyyxxfyxF),(),(0000yxfyyxf)()(00yyyyxyyxxfxy),(4030) 1,0(43),(),(0000yxfyxfxyyx）（）（因

11、yxfyxfxyyx, 0 x故令),(4030yyxxfxy),(2010yyxxfyx在點)(00yx ，連續(xù),得0y目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 內(nèi)容小結(jié)內(nèi)容小結(jié)1. 偏導(dǎo)數(shù)的概念及有關(guān)結(jié)論 定義; 記號; 幾何意義 函數(shù)在一點偏導(dǎo)數(shù)存在函數(shù)在此點連續(xù) 混合偏導(dǎo)數(shù)連續(xù)與求導(dǎo)順序無關(guān)2. 偏導(dǎo)數(shù)的計算方法 求一點處偏導(dǎo)數(shù)的方法先代后求先求后代利用定義 求高階偏導(dǎo)數(shù)的方法逐次求導(dǎo)法(與求導(dǎo)順序無關(guān)時, 應(yīng)選擇方便的求導(dǎo)順序)目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 思考與練習(xí)思考與練習(xí)解答提示: P129 題 5，時當(dāng)022 yx222),(yxyxxyxfx222),(yxyxyyxfy,022 yx

12、當(dāng)0)0 ,(dd)0 , 0(xxfxfx0), 0(dd)0 , 0(yyfyfy00P129 題 5 , 62223)(2yxyx222222)()(yxyxx即 xy0 時,目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 P129 題6(1),12yxxz22yxyyz,)(12222yxxz,)(2222yxyyxz22222)()(2yxyxyz(2),1yxyxzxxyzyln,) 1(2 .22yxyyxzxxyxyxzyyln1 .12xxyzy222ln目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束 作業(yè)作業(yè)P68 1（4）,（6）,（8）； 3； 5； 6（3）； 7； 8； 9（2）第三節(jié) 目錄 上頁 下頁 返回 結(jié)束