多元函数微分中的偏导、导数的一些问题

本文从人文社科的角度解释了偏导数与d的区别,通过流动性陷阱的例子说明了偏导数在传导途径中的作用。讨论了考研中偏导数与全导数的不同表达形式,包括链式求导法则和隐函数存在定理,并给出了相关题目解析,强调了在实际应用和考试中的注意事项。

首先是区分一下偏导数 ∂ \partial d d d(这里不能说全导数,全导数是一元函数中的,多元函数中没有全导数这种东西):
这里我不从定义上来纠结,作为一名人文社科专业的学生,我们就从控制金融变量(也就是我们函数中的自变量x、y),最后达到目标变量(就是函数的最终取值)的传导途径来看。
一个比较典型的例子是流动性陷阱,一般来说我们都知道降低利率会刺激经济的增长,这个很好理解的,就比如你存钱的基本上不给利息了,贷款的时候可能银行还倒贴你利息(这个比较罕见,一般就是比0高的不多了)。
在这里降低利率是我们的控制变量x、y,而经济增长是我们最终的目的,也就是函数的值。但是我们发现当利率降低到一定程度后,人们反而不愿意消费、投资了,钱都被人们雪藏起来了,这就是因为低利率影响了人们的流动性偏好,这个时候人们认为持有现金是最好的选择(有兴趣的同学可以去翻金融学相关的文章),进一步的,这个时候经济增长的目的也就达不到了。

由此我们可以看到一个如下的传导途径:
在这里插入图片描述
如果用的d的话, d ( 经 济 增 长 ) d ( 利 率 调 整 ) \frac{d(经济增长)}{d(利率调整)} d()d()就相当于考虑了两条路径,而偏导数 ∂ 经 济 增 长 ∂ 利 率 调 整 \frac{\partial经济增长}{\partial利率调整} 就只考虑了直接的影响,没有考虑到流动性偏好这条路径了。


最后我们讲一讲考研中不同的表达式中的偏导数和全导数:
链式求导法则中:
eg. z = f [ ϕ ( x , y ) , ψ ( x , y ) ] , u = ϕ ( x , y ) , v = ψ ( x , y ) z=f[\phi(x,y),\psi(x,y)],u=\phi(x,y),v=\psi(x,y) z=f[ϕ(x,y),ψ(x,y)],u=ϕ(x,y),v=ψ(x,y)
一般情况应该是: d z d x = ∂ z ∂ u d u d x + ∂ z ∂ v d v d x \frac{dz}{dx}=\frac{\partial z}{\partial u}\frac{du}{dx}+\frac{\partial z}{\partial v}\frac{dv}{dx} dxdz=uzdxdu+vzdxdv

只是x、y没有相互依赖,所以后面 d u d x \frac{du}{dx} dxdu写成 ∂ u ∂ x \frac{\partial u}{\partial x} xu也是可以的,不过还是注意一下吧,能写成 ∂ \partial 的地方不要写d,我上面所写的理解是不够严谨的。这个对你做题不会产生太大的影响,规范的表述详细见30讲p161 1.链式求导法则

隐函数存在定理中:
在二元的情形下就没有偏导的概念了,偏导和全导数是一个意思。要注意的是在三元方程、甚至更高的情况下,隐函数存在定理算出来的是偏导数
F z ′ ( x 0 , y 0 , z 0 ) ≠ 0 F_z^{'}(x_0,y_0,z_0)\not= 0 Fz(x0,y0,z0)=0条件下,可以在 ( x 0 , y 0 , z 0 ) (x_0,y_0,z_0) (x0,y0,z0)的某一邻域内能唯一确定一个连续且具有连续偏导数的函数 z = f ( x , y ) z=f(x,y) z=f(x,y),它满足条件 z 0 = f ( x 0 , y 0 ) z_0=f(x_0,y_0) z0=f(x0,y0),并且
∂ z ∂ x = − F x ′ F z ′ , ∂ z ∂ y = − F y ′ F z ′ \frac{\partial z}{\partial x}=-\frac{F_x^{'}}{F_z^{'}},\frac{\partial z}{\partial y}=-\frac{F_y^{'}}{F_z^{'}} xz=FzFx,yz=FzFy

一个表达式的规范问题:
f ( x , t ( x ) ) , f x ′ f(x,t(x)),f'_x f(x,t(x))fx是等于 ∂ f ∂ x \frac{\partial f}{\partial x} xf还是等于 d f d x = ∂ f ∂ x + ∂ f ∂ t d t d x \frac{df}{dx}=\frac{\partial f}{\partial x}+\frac{\partial f}{\partial t}\frac{dt}{dx} dxdf=xf+tfdxdt
@Zeeluokeng 偏导的写法没有很明确的规定,视不同的书可能有不同的规定。所以在考试时是不会有这种比较迷惑的写法的,你自己写也不要这样写。这个函数如果你想表示前面那个,就写f’1,所以f’这样的是求的偏导数,后面那个就写df/dx

一个易错题:(1000题p40T3)设 y = f ( x , t ) y=f(x,t) y=f(x,t),而 t t t是由方程 F ( x , y , t ) = 0 F(x,y,t)=0 F(x,y,t)=0所确定的 x , y x,y x,y的函数,其中 f , F f,F f,F均具有一阶连续偏导数,则 d y d x = ( ) \frac{dy}{dx}=() dxdy=()

一个比较灵活甚至有些搞怪的题:(1000题p40T14)设函数z=z(x,y)由G(x,y,z)=F(xy,yz)=0确定,其中F为可微函数,且 G z ′ ≠ 0 G'_z\not=0 Gz=0,求 x ∂ z ∂ x − y ∂ z ∂ y x\frac{\partial z}{\partial x}-y\frac{\partial z}{\partial y} xxzyyz

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