Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

высшая математика

.pdf
Скачиваний:
89
Добавлен:
18.02.2016
Размер:
6 Мб
Скачать
☆

Для разных последовательностей точек получили разные пределы. Значит, данная функция не имеет предела в точке О(0; 0).

Так же, как и в случае функции одной переменной, предел суммы, частного и произведения функций нескольких переменных равен сумме, частному и произведению пределов, если пределы существуют (в случае частного предел знаменателя не равен 0).

Функция z = f (x, y) называется непрерывной в точке M0(x0; y0), если выполняется равенство:

lim f (x, y) = f (x0 , y0 ) .

(2)

x →

x0

 

y →

y0

 

Функция, непрерывная в каждой точке некоторой области D, называется непрерывной в D.

Если в точке M0(x0; y0) не выполняется условие непрерывности, то такая точка M0 называется точкой разрыва функции z = f (x, y). Точки разрыва могут образовывать некоторую линию разрыва.

Пример 4. Найти точки разрыва функции z =

8

.

4 − x 2 − y 2

Решение. В любой окрестности каждой из точек М(х; у) окружности x2 + y2 = 4 данная функция неопределена, т.к. знаменатель дроби обращается в нуль в точках указанной окружности. Поэтому для всех таких точек условие (2) выполняться не может. Во всех остальных точках плоскости Oxy условие (2) выполняется, и, значит, в них указанная функция z непрерывна.

 

Ответ. Точки разрыва

M(x, y) функции

z =

 

8

 

образуют

 

4 −

x 2 − y 2

 

окружность x2 + y2 = 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30. Частные производные.

 

 

 

 

 

 

 

 

Частным приращением функции n переменных z = f (x1,

x2, ..., xn )

в точке M (x0; ...; x 0) по переменной x

i

называется изменение функции

 

 

0 1

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z при заданном приращении только этой одной переменной xi :

∆x

(M

) = f (x 0,

..., x 0 ,

x 0

+ ∆ x

,

x 0

 

, ..., x

0) – f (x

0, ..., x 0),

i =

 

.

 

1, n

i

0

1

i -1

i

i

 

i +1

n

1

n

 

 

 

Частной производной первого порядка функции n переменных по одной из этих переменных в точке M0 называется предел отношения соответствующего частного приращения функции к приращению данной переменной при стремлении последнего к нулю:

2 6 1

f ′ (M

0

) =

lim

∆xi (M 0 )

=

∂ f (M 0 )

.

 

 

x i

 

∆ xi → 0

∆xi

∂ xi

 

 

 

Более упрощенно, например, для функции двух переменных z = f (x, y) частной производной по аргументу х называется производная этой функции по х при постоянном у. Аналогично, частной производной функции z = f (x, y) по аргументу у называется производная этой функции по у при постоянном х. Поэтому для вычисления частных производных не нужно каких-то новых правил и таблиц. Обозначения:

z′

,

∂ z

,

z

′

,

∂ z

.

∂ x

 

x

 

 

 

y

 

∂ y

Частными производными

 

 

второго порядка функции

z = f (x, y) называются частные производные от ее частных производных первого порядка.

Пример 5. Пусть z = 2x2y + 3xy2 + x3 – производственная функция, где х – затраты живого труда, у – затраты овеществленного труда. Найти Ex(z) и Ey(z) в точке (1; 1).

Решение. Приближенный процентный прирост функции z, соответствующий приращению независимой переменной х на 1%,

E x (z) = xz ∂∂ xz ,

а приближенный процентный прирост функции z, соответствующий

= y ∂ z

приращению независимой переменной у на 1%, – E y (z) z ∂ y . Найдем частные производные по х и у:

 

∂ z

=

4xy + 3y 2 +

3x 2 ,

 

∂ z

=

2x 2 +

6xy .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x

 

 

 

 

 

 

 

∂ y

 

 

 

 

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ex (z) =

 

x(4xy + 3y 2 +

3x 2 )

 

 

E y (z) =

y(2x 2 +

6xy )

 

 

2x

2 y + 3xy 2

+ x 3

,

2x 2 y

+ 3xy

2 + x 3 .

 

 

 

 

 

В заданной точке Ex(z) =

10

≈

1,67 и Ey(z) =

8

 

≈

1,33.

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

С увеличением затрат живого труда на 1% объем производства увеличится на 1,67%, а с увеличением затрат овеществленного труда на 1% объем производства увеличится на 1,33%.

2 6 2

 

 

Пример

 

6.

 

Вычислить

частные производные

функции

z = cos(xy 2 ) +

x 2 +

 

y 2

первого и второго порядков.

 

 

 

 

Решение.

Имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ z

= − sin(xy

2

) y

2

 

x

 

∂ z

2

 

y

 

 

 

 

 

+

x 2 + y 2 ,

 

 

= − sin(xy

 

) 2xy +

 

y 2 ,

 

∂ x

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ y

 

x 2 +

∂ 2 z

=

∂ x 2

 

= − y 4 cos(xy 2 ) + (x 2 +

 

∂

 

 

 

sin(xy 2 ) y 2 +

 

 

 

−

 

 

∂ x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 2 )−

1

 

− x 2 (x 2 + y 2 )−

3

2

 

2

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

x

2

+

y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

y 4 cos(xy 2 ) + y 2 (x 2 + y 2 )−

3

 

2

.

∂

2

z

 

∂

 

 

sin(xy 2 ) y 2 +

 

 

x

 

 

 

= − 2y sin(xy 2 ) −

2xy 3 cos( xy 2) −

 

=

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

∂ x ∂ y ∂ y

 

 

 

x

+

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

∂

 

 

sin(xy 2 ) 2xy

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

∂

2

z ;

− xy (x 2 +

y 2 )−

 

=

 

−

+

 

 

 

 

 

 

=

 

2

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

y

 

 

 

 

 

∂ x ∂ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

∂

2

z

 

∂

 

sin(xy 2 ) 2xy +

 

y

 

 

 

 

 

− 2x sin(xy 2 ) −

 

 

=

−

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

2

 

∂ y

 

∂ y

 

 

 

 

 

 

x

+

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

4x 2 y 2 cos(xy 2 ) +

(x 2 + y 2 )−

1

 

−

 

y 2 (x 2 +

y 2 )−

 

3

 

=

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

= − 2x sin(xy 2 ) −

4x 2 y 2 cos( xy 2)

+

x 2 (x 2 +

y 2 )−

3

 

 

 

 

 

 

 

2 .

 

 

 

!Задания для самостоятельной работы

1.Вычислить частные значения функций:

a)

z =

2x − y

при x = 3, y = 1;

 

x − 2y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

π

 

б)

z = x

 

cos y

в точке

M

2;

 

;

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 6 3

в)

z =

 

x 2 y +

y +

1 в точке М(–1; 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Найти области определения функций и сделать чертежи:

а) z = x2 + y2 ; б) z =

 

1− x 2 + y 2 ; в) z =

 

 

1

;

 

 

 

x 2

− y 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г) z = ln (x + y); д) z =

 

 

 

xy ; е) z = y +

x .

 

 

 

 

 

3.

Найти пределы функций:

 

 

 

tg (xy )

 

 

 

 

а) lim

 

x

 

;

б) lim

 

1− xy

;

в) lim

.

 

 

 

x +

 

x 2

+ y 2

 

 

 

 

 

x →

0

y

 

x →

0

 

x

→

0

 

x

 

 

 

 

 

 

y →

0

 

 

 

 

 

y →

1

 

 

 

 

 

y

→

4

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

Найти точки разрыва функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a) z =

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x − 2)2 + ( y − 3) 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

z =

 

 

 

 

1

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin(2x + 3) sin y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

Найти частные производные первого и второго порядков

следующих функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

z = 2x4 – 10x2y3 + 3y2;

б) z = sin (x3 + y2);

 

в)

z =

3xy + y 2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z = sin y ln x + ex ln y;

 

 

 

 

 

x

г)

 

z = tg (5y2x);

д)

 

е)

 

z = xy +

 

.

 

 

 

y

2 6 4

Лекция 42

Полный дифференциал

Рассмотрен полный дифференциал функции многих переменных и его применение для приближенного вычисления значений функции, приведена формула Тейлора для функции нескольких переменных.

1°. Понятие полного дифференциала и некоторые его применения.

Полным приращением функции нескольких переменных называется изменение функции при заданных приращениях всех переменных. В частности, полным приращением функции z = f(x, y) в точке M0(x0; y0) является разность

∆ z = z – z0 = ∆ f (x0 , y0) = f (x0 + ∆ x, y0 + ∆ y) – f (x0, y0).

(1)

Представим разность (1) следующим образом:

 

∆ z = f (x0 + ∆ x, y0 + ∆ y) – f (x0 + ∆ x, y0) + f (x0 + ∆ x, y0) – f (x0, y0) =

′

= ∆ y f (x0 + ∆ x, y0) + ∆ x f (x0, y0).

(1 )

Согласно Л.41, частные производные выражаются через частные приращения так:

∆ x f (x0 , y0 ) = f x′(x0 , y0 )∆x + o(∆x ) ,

∆ y f (x 0 + ∆x, y0 ) = f y′(x 0 + ∆ x, y0 )∆ y + o(∆y ) .

Если частная производная по x непрерывна в окрестности точки М0, то

f y′(x0 + ∆x, y0 ) = f y′(x0 , y0 ) + o(1) ,

где есть БМФ ( lim o(1) = 0 п р и ∆x→ 0 ).

Учитывая приведенные выше соотношения из (1′ ), получаем

∆ z = f x′(x 0 , y0 )∆ x + f y′(x 0 , y0 )∆y + o(∆ x ) + o(∆ y) + o(1)∆y .

Полным дифференциалом dz дифференцируемой в точке M0(x0; y0) функции z = f (x, y) называется главная линейная относительно ∆x и ∆y часть полного приращения этой функции в точке М0, т.е.

dz M 0 = df (x0 , y0 ) = f x′(x0 , y0 )∆x + f y′(x0 , y0 )∆y .

Дифференциалы независимых переменных совпадают с их приращениями, т.е. dx = ∆x, dy = ∆ y.

Полный дифференциал функции z = f (x, y) находится по формуле:

2 6 5

dz =

∂ z

dx +

∂ z

dy .

(2)

∂ x

∂ y

 

 

 

 

Аналогично определяется и вычисляется полный дифференциал функции любого числа переменных.

Пример 1.

Найти полный дифференциал функции z = x 2 − y 2 .

Решение. Находим частные производные:

 

∂ z

x

 

∂ z

 

y

 

∂ x =

x 2 − y 2

,

∂ y

= −

x 2 − y 2 .

Используя формулу (2),

получаем

 

dz =

x

dx +

−

y

dy =

x dx − y dy .

 

x 2 − y 2

 

x 2 − y 2

 

x 2 − y 2

Используя понятие полного дифференциала, запишем уравнение касательной плоскости и нормали к поверхности z = f (x, y) в точке

M0(x0 ; y0).

Напомним следующие определения.

1.Касательной плоскостью к поверхности z = f (x, y) в точке

M0(x0 ; y0) называется такая плоскость, которая содержит множество всех касательных прямых в этой точке.

2.Нормалью к этой поверхности в точке М0 называется прямая, ортогональная соответствующей касательной плоскости.

Следовательно, уравнение касательной плоскости:

∆z = df (x 0 , y0 )

 

∂ f (x0 , y0 )

(x − x0 ) +

 

∂ f (x 0 , y0 )

(y − y0 ) − (z − z0 ) = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ y

 

 

 

 

∂ x

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вектор нормали к ней

 

 

равен:

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

!

 

∂ f (x

0

 

, y

0

)

 

∂ f

(x

0

, y

0

)

 

 

N

=

col

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

,− 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x

 

 

 

 

 

∂ y

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Значит, каноническое уравнение нормали:

 

 

 

x − x0

=

 

 

 

 

y − y0

 

 

=

 

z − z0

.

 

 

∂ f (x0 , y0 )

 

 

 

∂ f (x0 , y0 )

 

 

 

− 1

 

 

 

∂ x

 

 

 

 

 

 

 

∂ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2. Найти уравнение касательной плоскости и нормали к сфере с R = 1 в точке М0(0; 0; 1).

2 6 6

Решение. Из уравнения сферы x2 + y2 + z2 = 1 имеем:

2x

0

+ 2z

0

z′

=

0

z′

=

0 ,

 

 

x

 

 

x

 

 

2y0 + 2z0 z′y = 0 z′y = 0 .

Значит, уравнение касательной плоскости

0 x + 0 y – (z – 1) = 0 z = 1.

Уравнение нормали

x

=

y

=

z −

1

 

x =

0,

 

 

 

 

 

 

y =

0.

0

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

20. Применение полного дифференциала для приближенного вычисления значений функций. При доста-

точно малых ∆ x и ∆y для дифференцируемой функции z = f (x, y) име-

ет место приближенное равенство ∆z ≈

dz

или

 

 

 

f (x + ∆x, y + ∆y) ≈ f (x, y) +

 

∂ f

∆x +

∂ f

∆y .

(3)

 

∂ x

∂ y

 

 

 

 

 

Формула (3) применяется для приближенного вычисления значения функции z = f (x, y) в точке col(x + ∆x; y + ∆y) по известным значениям

функции z и ее частных производных

∂ z

и

∂ z

в данной точке (х; y).

∂ x

∂ y

Пример 3. Вычислить приближенное значение (1,02)3, 04.

Решение. Искомое число будем рассматривать как значение функции z(x, y) = xy = ey ln x при х = 1 + 0,02, у = 3 + 0,04. Значение функции в точке (1; 3) равно z(1,3) = e3 ln1 = 1. Найдем значение частных

производных

∂ z

и

∂ z

 

в точке col(1; 3):

 

 

∂ x

∂ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ z

 

 

 

 

y − 1

 

 

∂ z(1,3)

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

=

 

yx

 

,

 

 

=

3 1

= 3

;

 

 

 

∂ x

 

 

 

 

∂ x

 

 

 

 

∂ z

 

=

ey ln x ,

 

∂ z(1,3)

 

=

1 0 =

0 .

 

 

 

 

∂ y

 

 

∂ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (3)

 

получаем при ∆ x = 0,02,

∆y = 0,04:

(1,02)3,04 = (1 + 0,02)3+0,04 = 1 + 3 × 0,02 + 0 × 0,04 = 1,06.

Следовательно,

(1,02) 3,04 ≈ 1,06.

 

 

 

 

 

30. Формула Тейлора.

Пусть функция

z = f (x1, ..., x n ) = f (x!)

непрерывна и достаточное число раз дифференцируема в области D.

2 6 7

Найдем эквивалентную приращению этой функции в точке

col (x10 ; ...; x n0 ) = x!0

D в виде многочлена n-ой степени.

 

 

 

Согласно формуле Тейлора, для функции одной переменной (см.

формулу Л.31.9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x ) − f (x0 ) = ∑n

d k f (x0 )

+

o((x −

x0 )n ) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k = 1

 

k!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= df (x0 ) +

1

d 2

f (x0 ) +

... +

 

1

 

d n

 

f (x0 ) +

o((x −

x0 )n ) .

 

2!

 

n!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обобщение этой формулы для функции нескольких переменных

следующее:

 

 

 

 

 

 

 

 

d k

f (x!0 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

 

 

 

!0

 

n

 

 

 

!

!0

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x ) −

f (x

 

) =

∑

 

 

 

 

 

 

 

+ o

x −

x

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k = 1

 

k!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!0

 

 

1

 

2

 

!0

 

 

1

 

 

n

 

!0

 

 

 

 

!

!0

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= df (x

) +

 

 

d

 

f (x

) +

... +

 

 

 

d

 

 

 

f (x

 

) +

o

 

 

 

x −

x

 

,

(4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2!

 

 

 

 

 

 

 

n!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

куда

входят полные

дифференциалы этой функции (

 

x! − x!0

 

=

 

 

=

 

 

(x1 −

x10 )2 + ... +

(xn −

xn0 )2 =

 

dx12 + ... +

dxn2

).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поясним несколько подробнее формулу (4) для функции

z = f (x, y)

 

двух переменных. По формуле (2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

df (x0 , y0 )

=

 

∂ f (x0 , y0 )

dx +

∂ f (x0 , y0 )

dy .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x

 

 

 

 

 

 

 

∂ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запишем для этой функции в точке M0(x0 ; y0) полный дифферен-

циал второго порядка:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d 2 f (x0 , y0 ) = d(df (x0 , y0 )) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂

∂ f

 

 

 

∂ f

 

 

 

 

 

∂

 

 

 

∂ f

 

 

∂ f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

dx +

 

 

dy dx

+

 

 

 

 

 

dx +

 

 

 

dy dy

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x

 

 

 

∂ y

 

 

 

 

 

∂ y

 

 

∂ x

 

 

∂ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M 0 ( x 0 , y0 )

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда, как легко видеть, получаем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

2

f (x0 , y0 ) =

 

∂ 2 f (x0 , y0 )

(dx )

2

+

2

∂

2 f (x0 , y0 )

dx dy +

∂ 2 f (x0 , y0 )

(dy)

2

.

 

 

 

 

∂ x

2

 

 

 

 

 

 

∂ x ∂ y

 

 

∂ y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 4. Записать формулу Тейлора до членов второго по-

рядка

 

 

для

 

функции

 

z = sin x + cos y

 

в

окрестности

точки

 

 

 

 

π

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

col

 

 

 

;

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 6 8

Решение.

Имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

π

 

 

 

 

 

π

 

π

 

 

∂ z

 

 

∂ z

 

,

 

 

 

∂ z

 

∂ z

 

,

 

 

 

 

 

2

2

 

 

2

2

 

= cos x

 

 

 

 

= 0 ;

= − sin y

 

 

 

= − 1 ;

∂ x

 

 

∂ x

 

 

∂ y

 

∂ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ 2 z

 

= −

sin x

 

 

 

 

 

∂ x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

π

 

π

 

∂

2

z

 

 

 

 

∂ z

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

2

2

 

=

− cos y

 

 

 

 

 

 

∂ y 2

 

 

 

∂ y 2

 

 

 

 

2

 

π

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ z

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ 2 z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

−

1 ;

 

 

 

=

0

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x ∂ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

2

 

 

π

 

π

 

 

2

 

= 0 ;

df

 

 

 

,

 

 

 

=

− dy ;

d

 

f

 

 

,

 

 

= − dx

 

.

2

2

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получаем sin x + cos y – 1 = – dy –

1

(dx)2 + o(dx2 + dy2),

2

 

π

 

 

π

 

 

где dx = x −

, dy =

y −

.

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

!Задания для самостоятельной работы

1.Найти полные дифференциалы функций:

а) z = yxy;

б) u = x2 y3 z4; в) z =

2x 2 − 3y 2 + y ;

г) u =

y

;

д)

z = ex 2 − xy ; е) z = arctg (y – 2x).

2

 

xz

 

 

 

 

2. Найти приближенные значения:

а) sin 32o cos 59o;

б) 1,02 × 9,99;

в) 1,982 × e0,12;

г) arctg

1,97

− 1

; д) (1,01)4,02;

е) (2,02)2 + 5e0,01 .

 

 

1,02

 

 

 

3.

а)

в)

д)

Записать формулу Тейлора до членов второго порядка:

z = x4 + arctg y, M

(0; 0);

б) z = x

2 y + y 2 , M (0; 0);

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

2

 

 

 

 

 

 

π

 

π

 

3

5

 

 

z = sin

 

y cos x , M

 

 

 

 

;

 

 

; г) z = x y

+ y cos x, M

(0; 1);

 

 

2

2

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

z = arctg

y

, M0(2; 3).

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 6 9

Лекция 43

Безусловный экстремум фунции многих переменных

Приведены необходимые и достаточные условия безусловного экстремума; рассмотрен пример, который касается фирмы, выпускающей два вида продукции.

10.

Определение

 

локального

экстремума.

Точка

M 0 = x!0

= col(x10 ; ...; xn0 ) называется точкой локального максимума

(минимума)

функции

 

f (M ) = f (x!) , если существует

такая

δ -окрестность этой точки,

 

где

f (x!)

определена, непрерывна и для

всех точек M =

x! = col (x1; ...; x n )

 

 

из этой окрестности выполняется не-

равенство f (M) ≤ f (M0)

( f (M) ≥

f (M0)).

 

 

 

 

Другими словами:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x!) ≤

f (x!0 )

при

 

x! −

x!0

 

 

<

δ

max

в точке M

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

f (x!) ≥

f (x!0 )

 

 

x! −

x!0

 

<

δ

 

в точке M

 

 

 

при

 

 

min

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

Точка М0 называется точкой абсолютного (или глобального) максимума (соответственно минимума) функции f (M) в области D, если f (M0) ≥ f (M) (соответственно f (M0) ≤ f (M)) для всех М из D.

Локальный (абсолютный) максимум или минимум функции называется локальным (абсолютным) безусловным экстремумом.

Например, функция z = 1 – x2 – y2 в тoчке M0 = col (0; 0) достигает max, равного 1.

20. Необходимое условие экстремума дифферен-

цируемой функции. Пусть x!0

 

является точкой локального бе-

зусловного экстремума функции

f (x!)

и эта функция определена и

непрерывна в каждой точке

 

x!

R n вместе со всеми частными произ-

водными по

x

,

..., x

( f (x!)

 

C (1) ). Для определенности предположим,

что в точке

!

1

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

 

x

0

 

имеет место максимум функции

!

f (x ) . Тогда из опре-

деления максимума и приращения функции

 

 

 

f (x ) имеем:

 

 

!

 

≤

!0

) при

 

!

!0

 

 

 

< δ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x )

f (x

 

 

x −

x

 

 

 

df (x!0 ) ≤ 0 .

(1)

f (x!) −

f (x!0 ) = df (x!0 ) + o(

 

x! − x!0

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В частности, для функции двух переменных f (x, y) из (1) получа-

2 7 0