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偏导数存在与连续的关系(深刻理解多元函数偏导数)

100次浏览     发布时间:2024-11-14 10:50:29    

多元函数偏导数有众多的表示符号,如:

这么多符号有时候是等价的,有时候又是不同的,如果没有深刻理解,着实会把人弄糊涂,甚至发生错误。

例如有下面一道题。

例1:设函数x=x(u,v),y=y(u,v)在点(u,v)的某一领域内连续且有连续偏导数,且雅可比行列式:

求函数组确定的反函数组u=u(x,y),v=v(x,y)关于变量x,y的偏导数。

我们不做本题完整证明,只是说明其中的困惑之处。

本题第一步是要证明函数组存在反函数组。书上给出的过程为:

令:F(x,y,u,v)=x-x(u,v)≡0,G(x,y,u,v)=y-y(u,v)。

则由已知可得:

到这里我就开始迷糊了,怎么证明上式呢?因为根据已知条件F(x,y,u,v)=x-x(u,v),对两边同时对u求偏导为例:应该有:

或是:

对F(x,y,u,v)其它变量求偏导,可得类似结果。上面求偏导结果让人无法理解。所以我们一定要深刻理解偏导数表示符号的含义,在计算过程中正确使用,最终才能得到条理清晰的正确解。

我们以z=f(x,y)为例讲解偏导符号的含义,此式表示一个二元函数,z表示一个因变量,x,y表示两个自变量,它们都属于变量;f表示函数对应的一个法则。则

表示函数对自变量x偏导数的表达式。

可以理解为函数对第1个位置变量和第2个位置变量的偏导数,即z=f(□,○),此时□等于x,○等于y。至此我们是比较容易理解的。

但是如果函数只要稍微复杂一点,如z=f(x+y,xy),这里函数仍可表示为z=f(□,○),但此时□等于x+y,○等于xy。以对x求偏导为例,根据多元函数求偏导的链式法则:

如果我们写成下式就发生错误了。

因为此时:

因为□和○只是代表第1个位置和第2个位置的一个中间变量。

所以在复杂的多元函数需要正确表达才能得到正确解。首先表示变量和法则符号最好有所区别,例如将函数表示为z=f(x,y),而不要表示为z=z(x,y),即使是表示成相同的字母,我们也要理解它们之间是有区别的。一般情况下,变量求偏导用∂/∂表示。而法则求偏导用对位置求偏导的f1'表示。

用上面的思路重新解开始的例1,就会清晰很多。

我们把x=x(u,v)想象为x=f(u,v),则:F(x,y,u,v)=x-f(u,v),G(x,y,u,v)=y-g(u,v),如果我们把F、G看成法则,两边同时对u求偏导可得:

也可以利用隐含式求导公式:

用相同的方法可以得出:

即证明了:

同理,如果把F看作变量,两边同时对u求偏导可得:

用相同的方法可以得出:

同样得以证明:

不知道现在大家对多元函数偏导数是否有了更深的认识,希望本文对你有所帮助。

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