- •Определение функции нескольких переменных
- •2. Геометрическое изображение функции двух переменных
- •Задание для самостоятельной работы.
- •3. Частное и полное приращение функции
- •Задание для самостоятельной работы.
- •4. Непрерывность функции нескольких переменных
- •Задания для самостоятельной работы.
- •6. Полное приращение и полный дифференциал
- •Задание для самостоятельной работы.
- •5. Частные производные функции нескольких переменных
- •Геометрическая интерпретация частных производных функции двух переменных
- •Применение полного дифференциала в приближенных вычислениях
- •Приложение дифференциала к оценке погрешности при вычислениях
- •Предположим, что в уравнении
- •Получаем
- •Задание для самостоятельной работы
- •8. Производная от функции, заданной неявно
- •9. Частные производные и дифференциалы различных порядков Пусть имеем функцию двух переменных
- •Задание для самостоятельной работы
- •10. Поверхности уровня. Касательная плоскость и нормаль к поверхности
- •11. Производная по направлению. Градиент
- •Будем предполагать, что функция и(х, у, z) непрерывна и имеет непрерывные производные по своим аргументам в области d.
- •Уравнение линии уровня, проходящей через данную точку, будет
- •Задание для самостоятельной работы
- •14. Максимум и минимум функции нескольких переменных, связанных данными уравнениями (условные максимумы и минимумы)
- •Определить условные экстремумы функций:
- •15. Получение функции на основании экспериментальных данных по методу наименьших квадратов
- •В этом случае выражение (61) имеет вид
- •16. Особые точки кривой
Предположим, что в уравнении
z = F(u, v) (22)
и и v являются функциями независимых переменных х и у:
и = (х, у), v = (х, у). (23)
В этом случае z есть сложная функция от аргументов х и у.
Конечно, z можно выразить и непосредственно через х и у, а именно:
z = F((х, у), (х, у)) (24)
Пример 20. Пусть z = u3v3 + u + 1, u = x2 + y2, v = ex+y + 1, тогда
z = (х2 + у2)3(ех+у + 1)3 +(х2 + у2) + 1.
Предположим,
что функции F(u,
v),
(х,
у),
(х,
у)
имеют непрерывные частные производные
по всем аргументам и поставим задачу:
вычислить
,
,
исходя из уравнений (22) и (23) и не используя
уравнение (24).
Дадим
аргументу х
приращение х,
сохраняя значение у
неизменным. Тогда в силу уравнения (23)
u
и v
получат приращения
и
.
Но
если u
и v
получают приращения
и
,
то и функцияz
= F(u,
v)
получит приращение z,
определяемое формулой (12):
.
Разделим все члены этого равенства на х:
.
Если
х
0, то
0 и
0 (в силу непрерывности функций u
и v).
Но тогда 1
и 2
тоже стремятся к кулю. Переходя к пределу
при х
0, получим
,
,
,
,![]()
и, следовательно,
.
(25)
Если бы мы дали приращение у переменной у, а х оставили неизменным, то с помощью аналогичных рассуждений нашли бы
.
(26)
Пример
21.
,
,
.
,
,
,
,
,
.
Используя формулы (25) и (26), находим
,
.
В
последнем выражении вместо u
и v
необходимо подставить
и
соответственно.
Для случая большего числа переменных формулы (25) и (26) естественным образом обобщаются.
Например, если w = F(z, u, v, s) есть функция четырех аргументов z, u, v, s, а каждый из них зависит от х и у, то формулы (25) и (26) принимают вид
(27)
Если задана функция z = F(x, y, u, v), где y, u, v в свою очередь зависят от одного аргумента х:
у = f(x), u = (x), v = (х),
то,
по сути дела, z
является функцией только одной
переменной х
и можно ставить вопрос о нахождении
производной
.
Эта производная вычисляется по первой из формул (27)
;
но
так как y,
u,
v
– функции только одного х,
то частные производные обращаются в
обыкновенные, кроме того,
;
поэтому
.
(28)
Эта
формула носит название формулы для
вычисления полной
производной
(в отличие отчастной
производной
).
Пример
22.
,
.
,
,
.
Формула (28) дает в этом случае следующий результат:
.
Найдем далее полный дифференциал сложной функции, определенной равенствами (22) и (23).
Подставляя
выражения
и
,
определенные равенствами (25) и (26), в
формулу полного дифференциала
.
(29)
Получаем
.
Произведем следующее преобразование в правой части:
.
(30)
Но
(31)
Равенство (30) с учетом равенства (31) можно переписать так:
,
или
.
(32)
Сравнивая (29) и (32), можем сказать, что выражение полного дифференциала функции нескольких переменных (дифференциала первого порядка) имеет тот же вид, т.е. форма дифференциала инвариантна, являются ли u и v независимыми переменными или функциями независимых переменных.
Пример 23. Найти полный дифференциал сложной функции
z = u2v3, u = x2sin y, v = x3ey.
Решение. По формуле (32) имеем
![]()
Последнее выражение можно переписать и так:

