- •Основные понятия
- •Скалярное поле
- •Предел функции нескольких переменных
- •Дифференцирование функций нескольких переменных Частные производные
- •Условия дифференцируемости
- •Производная по направлению
- •Дифференцирование сложной функции
- •Инвариантность формы полного дифференциала
- •Нормаль и касательная плоскость к поверхности
- •Геометрический смысл полного дифференциала функции двух переменных
- •Производная функции, заданной неявно
- •Производные и дифференциалы высших порядков
- •Частные производные высших порядков
- •Дифференциалы высших порядков
- •Операторная форма дифференциалов высших порядков
- •Формула Тейлора
- •Экстремумы функций нескольких переменных Точки максимума и минимума
- •Необходимое условие экстремума
- •Достаточные условия экстремума
- •Условный экстремум
- •Методы нахождения условного экстремума Метод исключения переменных
- •Метод неопределенных множителей Лагранжа
- •Геометрический смысл условного экстремума функции:
- •Наибольшие и наименьшие значения
- •Составители
- •Функции нескольких переменных Методические указания к самостоятельному изучению соответствующего раздела курса математики для студентов всех специальностей
Геометрический смысл полного дифференциала функции двух переменных
Пусть
функция
дифференцируема в точке
.
Ее графиком является поверхность

Положим
. Тогда точка
принадлежит поверхности.
Частные
производные функции
суть
и
в точке
:
-
они непрерывны;
-
.
Следовательно,
— обыкновенная точка поверхности
и в этой точке существует касательная
плоскость к поверхности. Согласно (19),
уравнение касательной плоскости имеет
вид:

Рис.12
Вертикальное
смещение точки на касательной плоскости
при переходе из точки
в произвольную точку
есть
(рис. 12). Соответствующее приращение
аппликаты есть
Здесь
в правой части стоит дифференциал
функции
в точке
.
Следовательно,
есть приращение аппликаты точки плоскости
касательной к графику функции
в точке
.
Из
определения дифференциала следует, что
расстояние между точкой
на графике функции и точкой
на касательной плоскости есть бесконечно
малая более высокого порядка, чем
расстояние от точки
до точки
.
Неявные функции
Понятие и условия существования неявных функций
Функция
называется функцией,
заданной неявно (или неявной функцией)
если она задана уравнением

и
прямоугольной областью
, если
1)
определена в
;
2)
уравнение
имеет единственное решение
.
Иначе
говоря, уравнение (20) определяет функцию
такую, что
.
Аналогично определяют неявные функции любого числа переменных как функции, заданные уравнением и областью.
Условия существования неявной функции
Пусть:
функция

-
непрерывна в прямоугольной окрестности
точки
, причем
;
-
функция
при каждом фиксированном
строго монотонна по
на интервале
.
Тогда
существует окрестность точки
, в которой уравнение
определяет функцию
,
непрерывную в этой окрестности.
Дифференцирование неявных функций
Теорема существования и дифференцируемости функции, заданной неявно
Теорема
1.
Пусть функция
удовлетворяет условиям
-
;
-
частные производные
и
непрерывны
в некоторой окрестности точки
;
-
.
Тогда
-
уравнение
определяет неявно в некоторой окрестности
точки
единственную непрерывную функцию
, удовлетворяющую условию
.
-
функция
имеет производную, непрерывную в
окрестности точки
.
Выясним смысл условий теоремы.
Существование
непрерывной неявной функции
в окрестности точки
следует из теоремы существования, так
как:
-
условие 1 гарантирует существование точки, координаты которой удовлетворяют уравнению
;
-
из условия 2 следует непрерывность функции
в окрестности точки
, а из условия 3 — ее монотонность по
при каждом фиксированном
из этой окрестности.
Следовательно,
условия 1–3 обеспечивают выполнение
условий существования неявной функции
, удовлетворяющей условию
и непрерывной в окрестности точки
.
Производная функции, заданной неявно
Функция
в окрестности точки
обращает уравнение
в тождество, т.е.

Дифференцируя
это тождество, получaeм
,
а в силу инвариантности формы полного
дифференциала имеем

Отсюда получаем следующие формулы.
Дифференциал функции, заданной неявно:

Производная функции, заданной неявно:

Теорема 1 обобщается для неявных функций любого числа переменных. Например:
Теорема
2.
Пусть функция
удовлетворяет условиям
-
;
-
частные производные
,
и
непрерывны в некоторой окрестности
точки
;
-
.
Тогда
-
уравнение
определяет неявно в некоторой окрестности
точки
единственную непрерывную функцию
, удовлетворяющую условию
;
-
функция
имеет
непрерывные частные производные в
окрестности точки
, вычисляемые по формулам

