- •1. Неопределённый интеграл и его свойства
- •1.1. Первообразная и неопределённый интеграл
- •1.2. Свойства неопределённого интеграла. Таблица основных интегралов. Приёмы непосредственного интегрирования
- •1.3. Интегрирование методом замены переменной
- •1.4. Метод интегрирования по частям
- •1.5. Интегрирование простейших рациональных дробей
- •2. Определённый интеграл
- •2.1. Понятие определённого интеграла. Формулы Ньютона-Лейбница
- •2.3. Приложения определённого интеграла
- •2.2. Основные свойства определённого интеграла
- •2.4. Несобственные интегралы
- •3. Функции нескольких переменных
- •3.1. Понятие функции нескольких переменных. Линии уровня
- •3.2. Частные производные и градиент
- •3.3. Частные производные высших порядков
- •3.4. Экстремум функции двух переменных
- •3.5. Метод наименьших квадратов
- •4. Элементы теории дифференциальных уравнений первого порядка
- •4.1. Основные понятия
- •4.2. Уравнения с разделяющимися переменными
- •4.3. Линейные уравнения первого порядка
- •5. Вопросы к экзамену
- •Библиографический список
- •Содержание
3.2. Частные производные и градиент
Пусть
- функция двух переменных. Первая
производная функции
по переменной
при фиксированной переменной
называется (первой) частной производной
функции
по переменной
,
символически записывают так:
или
,
или
,
или
.
Аналогично определяется (первая) частная
производная функции
по переменной
:
или
,
или
,
или
.
При нахождении частной производной
надо считать постоянной переменную
.
При этом сохраняются все известные
правила дифференцирования.
Пример 20. Найти частные производные:
а)
;
б)
.
Решение
а)

![]()

.

![]()
.
б) При фиксированном
имеем показательную функцию
.
При фиксированном
имеем степенную функцию
.
Упорядоченная пара частных производных
или
функции
двух переменных обозначается символом
или
и называется градиентом функции
двух переменных. Градиент функции двух
переменных естьдвумерный вектор.
Градиент
функции
в точке
показывает направление самого быстрого
роста функции
в точке
.
Пример 21. Для функции двух переменных
:
а) построить линию уровня, проходящую через точку (1; 9);
б) найти градиент в этой точке;
в) построить градиент.
Решение
а) Найдём уровень
,
который равен частному значению функции
в точке (1; 9):
.
Уравнение линии уровня имеет вид
или
,
или
,
или
- гипербола
(рис. 5).
б) Найдём
,
,
,
,
.
в) Строим вектор
выходящим из точки
.
Конец вектора в точке
с координатами
,
.
|
|
Рис. 5
Градиент
всегда перпендикулярен линии уровня
,
проходящей через точку
.
3.3. Частные производные высших порядков
Пусть
определена на множестве
и в каждой точке
существуют (первые) частные производные
и
.
Первые частные производные представляют
собой новые функции двух переменных.
Частные производные от функций
и
называются частными производными
второго порядка (или вторыми частными
производными) от функции
.
Таким образом, имеем четыре вторых частных производных, которые обозначаются:
![]()
или
.
Частные производные второго порядка
и
называются смешанными частными
производными. Если смешанные частные
производные непрерывны, то они обязательно
равны.
Пример 22. Найти все частные производные
второго порядка от функции
.
Решение

![]()
![]()
3.4. Экстремум функции двух переменных
Локальный экстремум
Окрестностью точки
называется круг, содержащий точку
.
Точка
называется точкой локального максимума
(минимума) функции
,
если существует окрестность точки
,
в которой для любой точки
выполняется неравенство
![]()
.
Точки локального максимума и локального минимума называются точками локального экстремума.
Необходимое условие локального экстремума формулируется следующим образом.
Если функция
имеет частные производные первого
порядка в точке локального экстремума
,
то
.
Итак, «подозрительными» на экстремум
являются те точки
,
в которых все частные производные
первого порядка обращаются в нуль. Такие
точки называются стационарными.
Сформулируем достаточные условия экстремума функции двух переменных.
Пусть функция
имеет непрерывные частные производные
второго порядка в некоторой окрестности
стационарной точки
.
Положим
.
Тогда:
1) если
,
то в точке
функция имеет локальный экстремум,
причём при
- локальный максимум, при
- локальный минимум;
2) если
,
то в точке
нет экстремума;
3) если
,
то вопрос о наличии экстремума остаётся
открытым.
Пример 23. Функция полных издержек
двух продуктовых фирм задана уравнением
,
где
и
- объёмы выпуска товаров
и
соответственно. Цены этих товаров на
рынке равны 8 и 6. Определить максимально
возможное значение прибыли.
Решение
Найдём значение прибыли от реализации
товара
и
в объёмах
и
как разность между доходом от продажи
и издержками
.
.
Определим стационарные точки функции. Найдём частные производные:
,
.
Решим систему:

Точка
- стационарная точка функции.
Найдём частные производные второго порядка:

Учитывая что
,
а
,
определим:
- точка максимума. Найдём максимальное
значение прибыли![]()
![]()
.
Условный экстремум
Экстремум функции
при условии, что
и
связаны уравнением
,
называется условным экстремумом.
Уравнение
называется уравнением связи.
Для решения задач на условный экстремум обычно используется метод Лагранжа.
Составим вспомогательную функцию
.
Функция
называется функцией Лагранжа, а
- множителем Лагранжа.
Точка условного экстремума является точкой локального экстремума функции Лагранжа , её координаты должны удовлетворять уравнениям

Пусть
- любое решение этой системы и
.
Если
,
то функция
имеет в точке
условный максимум, если
,
то условный минимум.
Пример 24. Найти экстремум
при условии
.
Решение
Функция Лагранжа имеет вид
.
Найдём частные производные
.
Решим систему


- «подозрительная» точка.
Наёдем частные производные

Вычислим определитель
.
В точке
функция
имеет условный экстремум
.

