Частные производные первого порядка. Полный дифференциал
Понятие функции двух и более переменных
Будем рассматривать функции двух переменных, так как все основные понятия и теоремы, сформулированные для функций двух переменных, легко обобщаются на случай большего числа переменных.
Пусть – множество упорядоченных пар действительных чисел .
Определение. Если каждой упорядоченной паре чисел по некоторому закону поставлено в соответствие единственное действительное число , то говорят, что задана функция двух переменных или . Числа называются при этом независимыми переменными или аргументами функции, а число – зависимой переменной.
Пару чисел иногда называют точкой , а функцию двух переменных – функцией точки .
Значение функции в точке обозначают или и называют частным значением функции двух переменных.
Совокупность всех точек , в которых определена функция , называется областью определения этой функции. Для функции двух переменных область определения представляет собой всю координатную плоскость или ее часть, ограниченную одной или несколькими линиями.
Например, область определения функции – вся плоскость, а функции – единичный круг с центром в начале координат ( или .
Предел и непрерывность функции двух переменных
Понятия предела и непрерывности функции двух переменных аналогичны случаю одной переменной.
Пусть – произвольная точка плоскости. – окрестностью точки называется множество всех точек , координаты которых удовлетворяют неравенству . Другими словами, – окрестность точки – это все внутренние точки круга с центром в точке и радиусом .
|
|
Определение. Число называется пределом функции при (или в точке ), если для любого сколь угодно малого положительного числа существует (зависящее от ) такое, что для всех и удовлетворяющих неравенству выполняется неравенство .
Обозначается предел следующим образом:
или .
Пример. Найти предел .
Решение. Введем обозначение , откуда . При имеем, что . Тогда
.
Определение. Функция называется непрерывной в точке , если: 1) определена в точке и ее окрестности; 2) имеет конечный предел ; 3) этот предел равен значению функции в точке , т.е. .
Функция называется непрерывной в некоторой области, если она непрерывна в каждой точке этой области.
Точки, в которых условие непрерывности не выполняется, называются точками разрыва этой функции. В некоторых функциях точки разрыва образуют целые линии разрыва. Например, функция имеет две линии разрыва: ось ( ) и ось ( ).
Пример. Найти точки разрыва функции .
|
|
Решение. Данная функция не определена в тех точках, в которых знаменатель обращается в нуль, т. е. в точках, где или . Это окружность с центром в начале координат и радиусом . Значит, линией разрыва исходной функции будет окружность .
Частные производные первого порядка. Полный дифференциал
Пусть задана функция двух переменных . Дадим аргументу приращение , а аргумент оставим неизменным. Тогда функция получит приращение , которое называется частным приращением по переменной и обозначается : .
Аналогично, фиксируя аргумент и придавая аргументу приращение , получим частное приращение функции по переменной : .
Величина называется полным приращением функции в точке .
Определение. Частной производной функции двух переменных по одной из этих переменных называется предел отношения соответствующего частного приращения функции к приращению данной переменной, когда последнее стремится к нулю (если этот предел существует). Обозначается частная производная так: или , или .
Таким образом, по определению имеем:
,
.
Частные производные функции вычисляются по тем же правилам и формулам, что и функция одной переменной, при этом учитывается, что при дифференцировании по переменной , считается постоянной, а при дифференцировании по переменной постоянной считается .
|
|
Пример. Найти частные производные функций:
а) ;
Решение.
Чтобы найти считаем постоянной величиной и дифференцируем как функцию одной переменной :
.
Аналогично, считая постоянной величиной, находим :
.
б) .
Решение.
;
.
Определение. Полным дифференциалом функции называется сумма произведений частных производных этой функции на приращения соответствующих независимых переменных, т.е. .
Учитывая, что дифференциалы независимых переменных совпадают с их приращениями, т.е. , формулу полного дифференциала можно записать в виде
или .
Пример. Найти полный дифференциал функции .
Решение. Так как , то по формуле полного дифференциала находим .
Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 68; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!