40138

Дифференцирование функций многих переменных: производная по направлению, частные производные, дифференциал, Производная от сложных функций, градиент, направления убывания, геометрический смысл градиента

Доклад

Менеджмент, консалтинг и предпринимательство

Если то функция называется дифференцируемой по x в точке x0 y0. 1 2  для  0  0:  x yDz  Ox0 y0 {x0 y0}: zx y  O Значение lim не должно зависеть от способа стремления точки x y к точке x0 y0: на плоскости для функции нескольких переменных При разных  получаем разные значения lim  lim не . Непрерывность Функция zx y называется непрерывной в точке x0 y0 если: 1. Если функция z = zx y дифференцируема в точке по совокупности аргументов то она непрерывна в этой точке.

Русский

2013-10-15

141 KB

9 чел.

7. Дифференцирование функций многих переменных: производная по направлению, частные производные, дифференциал, Производная от сложных функций, градиент, направления убывания, геометрический смысл градиента.

Пусть каждой упорядоченной паре (х, у) ставится в соответствие единственное число z, (x, y, z R) => задана функция z = z(x, y). Пусть функция z(x, y) определена в некоторой окрестности т.(х0, у0) и пусть т. (х0+∆х, у0) и (х0, у0+∆у) этой окрестности.

Рассмотрим . Если он и конечен, то его значение называется частной производной функции z по переменной х в т.(х0, у0) и обозначается . Т.е. при вычислении частной производной по x аргумент y считается константой. Если , то функция называется дифференцируемой по x в точке  (x0, y0). Аналогично определяется частная производная по у.

Функция z = z(x, y) называется дифференцируемой (дифференцируемой по совокупности аргументов) в т. (х0,у0), если полное приращение этой функции ∆z = z(х0+∆x, у0+∆y) – z(х0, у0) представимо в виде

z = Ax + By + (∆x, ∆y)∆x + (∆x, ∆y)∆y,

где , - бесконечно малые при ∆x0 и ∆y0, т.е. .

Если функция дифференцируема по совокупности аргументов, то она дифференцируема и по аргументу в отдельности, т.е. ее частная производная по из аргументов. Обратное утверждение неверно.

ДОК-ВО.

Аналогично .  ЧТД.

Т. Если функция z = z(x, y)  дифференцируема и по каждому из аргументов в отдельности в некоторой окрестности т.(х0, у0) и все частные производные I порядка непрерывны в т.(х0, у0), то функция дифференцируема в т.(х0, у0).

Понятие непрерывности зависит от метрики.

1)     

2)  

  для  > 0   > 0:   (x, y)D(z) O(x0, y0) \ {x0, y0}:  z(x, y) O(A)

Значение lim не должно зависеть от способа стремления точки (x, y) к точке (x0, y0):

на плоскости

для функции нескольких переменных

При разных получаем разные значения lim  lim не .

Непрерывность

Функция z(x, y) называется непрерывной в точке (x0, y0), если:

1. (x0, y0)  D(z)

2. .

Если функция z = z(x, y) дифференцируема в точке по совокупности аргументов, то она непрерывна в этой точке.

Плоскость, проходящая через точку M0(x0, y0, z(x0, y0)) называется касательной плоскостью к поверхности z = z(x, y), если угол между этой плоскостью и секущей, проведенной через точку M0 и точку M поверхности, стремится к 0, когда M  M0.

Дифференцируемость функции z(x, y) равносильна -ию касательной плоскости к поверхности z = z(x, y) в точке (x0, y0, z(x0, y0)).

Главная линейная относительно приращений аргументов часть полного приращения функции Ax + By называется ее полным дифференциалом и обозначается:

Линейность оператора:

– аддитивность A(x + y) = Ax + Ay

– однородность A(x) = Ax

Производная  по направлению

Пусть z = z(x, y) определена в некоторой окрестности точки (x0, y0) и пусть ось  проходит через (x0, y0). Рассмотрим точку M(x, y), лежащую на оси

+ если сонаправлен с

– если противоположно направлен с

Рассмотрим , если он и конечен, то его значение называется производной функции z в направлении оси  в точке (x0, y0).

Можно показать, что

, – углы, образованные осью  с положительным направлениями осей Ox и Oy.

Значение производной в направлении оси  характеризует скорость изменения функции в направлении оси  в точке (x0, y0).

Если (z/)>0, то функция возрастает, <0 – убывает.

Градиентом функции z = z(x, y) в точке (x0, y0) называется вектор с координатами:

– орт-вектор, длина = 1.

при  получаем

Производная по направлению имеет наибольшее значение, когда угол , т.е. градиент всегда направлен в сторону наибольшего роста функции и в этом случае:

Противоположное направление – антиградиент – указывает направление, в котором функция максимально быстро убывает.

Градиент направлен перпендикулярно поверхности уровня, т.е. с геометрической точки зрения градиент в точке (x0, y0) ортогонален линии уровня, проходящей через эту точку


Производная сложной функции

Пусть z = z(x, y)

x = x(u, v, t)

y = y(u, v, t)

если функции x и y дифференцируемы по совокупности аргументов в точке (u0, v0, t0), а z дифференцируема в точке (x0, y0), то сложная функция z = z(x(u, v, t), y(u, v, t)) дифференцируема в точке (u0, v0, t0) и справедливы формулы

ДОК-ВО: Придадим u приращение u => х и у получат соответствующие приращения: ux = x(u+u, v, t) – x(u, v, t)  

uz = z(x+x, y+y) – z(x, y). Т.к. z дифференцируема, то ее приращение uz представимо в виде uzux+Buy+(xu,yu)xu +(xu,yu)yu, где и бесконечно малые при x0, y0. Разделим на u и перейдем к пределу.   ,  ЧТД.

z = z(x, y, t)

x = x(t)

y = y(t)

z = z(x(t), y(t), t) = z(t)


(x
0, y0)

x0

(x0, y0)

grad z(x0, y0)

(x1, y1)

rad z(x1, y1)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52546. Внутрішні гіперпосилання на веб-сторінках 107.5 KB
  Ввести поняття внутрішнього посилання, ознайомити з правилом запису внутрішнього посилання, навчити учнів створювати внутрішні гіперпосилання на веб-сторінці, розвивати пізнавальну активність, вміння індивідуально працювати за комп’ютером, виховувати інтерес до інформатики і біології, формувати інтерес учнів до природи рідного краю і питань збереження рослин.
52547. Усі уроки української літератури в 5 класі 25.52 MB
  Навчальний посібник містить конспекти усіх уроків української літератури для 5 класу 12-річної школи. Серед них уроки текстуального вивчення творів, уроки позакласного читання, розвитку звязного мовлення, виразного читання, літератури рідного краю, тематичного оцінювання. Запропоновані розробки містять елементи нестандартних підходів, інтерактивних методик. Даний посібник розрахований на вчителів української літератури шкіл різних типів, керівників методичних, викладачів та студентів вищих навчальних закладів.
52548. Capital 35 KB
  One of the factor of production which we are going to study is capital.The word "capital" refers to all tools, machines, buildings, and other goods which are not consumed directly for the satisfaction of the buyer, but which are used to produce or manufacture other goods and services which are consumed by the buyers. In modern civilization, the use of capital has become inevitable.
52549. Усі уроки до курсу «Історія Стародавнього світу». 6 клас 1.29 MB
  Як зробити урок цікавим і змістовним? Як сформувати в учнів стійкий інтерес до вивчення історії? На ці та багато інших питань, що постають сьогодні перед учителем, спробували дати відповідь автори цього посібника. Увазі читачів пропонуються усі уроки з історії Стародавнього світу для 6 класу загальноосвітніх шкіл. Вони створені з використанням сучасних освітніх технологій і повністю відповідають
52550. Усі уроки української мови у 9 класі 12.02 MB
  Автори пропонованого посібника в основу розроблених уроків поклали основні чотири змістові лінії: мовленнєву, мовну, діяльнісну й соціокультурну. У зв’язку з цим дібрані методи, прийоми й засоби навчання української мови спрямовані, по-перше, на формування мовних і мовленнєво-комунікативних умінь і навичок, збагачення мовлення лексико-фразеологічними, граматичними і стилістичними засобами; по-друге, на вдосконалення загальнопізнавальних, організаційних і творчих умінь, ціннісних орієнтацій тощо; по-третє, на формування національних і загальнолюдських культурних цінностей за допомогою мовленнєво-ко мунікативного дидактичного матеріалу
52551. Усі уроки фізики 10 клас. Рівень стандарту 72.22 MB
  Мета навчального посібника - надати методичну допомогу вчителям у розподілі навчального матеріалу по уроках та його систематизації. Для кожного уроку визначено мету уроку, тип уроку, демонстрації, план викладу нового матеріалу, а також наведено запитання, які ставляться учням під час викладу нового матеріалу. Викад нового матеріалу може бути сценарієм уроку в діалоговому режимі.
52553. Літературно-музичний вечір «Реве та стогне Дніпр широкий» (до 70-річчя визволення Дніпропетровської області від фашистських загарбників) 1.84 MB
  За героїзм та відвагу при обороні Дніпропетровська командирові 8ої танкової дивізії було присвоєне звання Героя Радянського Союзу. Леніна на виблискуючому крилі літака в металі шаленого полум’я стоїть пам’ятник мужнім льотчикам Героям Радянського Союзу Гомоненку і Вдовенку. На проспекті Правди в затишній алеї встановлено бюст відважному льотчику двічі Герою Радянського Союзу Анатолію Яковичу Брандису. Двічі Герой Радянського Союзу.
52554. Впровадження інтерактивних технологій в освітній процес з метою розвитку мовленнєвої компетентності у дошкільників 56 KB
  План проведення майстер класу для вихователів: п п Зміст роботи Відповідальний Джерела І Вправа Очікування Вихователь методист Базова програма Я у Світі Майстер класи для вихователів ДНЗ випуск№2 упоряд. Настільна гра На гостину до казки III Вправа Очікування підсумок Вихователь методист Матеріал: магнітофон з записами дитячих мелодій стікери кораблики плакат з намальованою річкою маркери конверти з завданнями ілюстрації до різних казок предметні картинки гуашева фарба аркуші А 4 пензлики тампончики...