偏导数及其几何意义

在一元函数中,导数就是函数的变化率。对于二元函数的“变化率”,同样也是求导数,但是因为多了一个变量,因此不能简单的求导,我们需要先固定其中一个变量,对另一个变量求导,这就是偏导数。本质上就是将函数进行降维

上述描述如果不清楚没事,下面会举个例子说明

假设ƒ是一个多元函数。例如:
f ( x , y ) = x 2 + x y + y 2 f(x, y) = x^2 + xy + y^2 f(x,y)=x2+xy+y2
在这里插入图片描述
假如此刻我们要求出函数在点(1, 1, 3)的对x的偏导数
因为此刻我们要求的是对x的偏导数,因此y对于我们来说就是一个常数,在上图中所表示的就是在y=1做一个和xOz的平行的平面,此时得到函数相切的平面,如下图:
在这里插入图片描述
这就相当于把3维图像降维成2维图像,此时我们再把(x,z)=(1,3)带入可以得到该处上述函数的导数为3,因此

f ( x , y ) = x 2 + x y + y 2 在 点 ( 1 , 1 , 3 ) 的 对 x 的 偏 导 数 为 d f d x = 3 f(x, y) = x^2 + xy + y^2在点(1, 1, 3)的对x的偏导数为 \frac{{\rm d}f}{{\rm d}x} = 3 f(x,y)=x2+xy+y21,1,3xdxdf=3

公式法就是:

d f d x = 2 x + y , 将 ( 1 , 1 ) 带 入 得 到 d f d x = 3 , 此 处 求 导 我 们 相 当 于 把 y 当 成 常 数 \frac{{\rm d}f}{{\rm d}x} = 2x+y ,将(1,1)带入得到 \frac{{\rm d}f}{{\rm d}x} = 3,此处求导我们相当于把y当成常数 dxdf=2x+y,(1,1)dxdf=3y

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偏导数及其几何意义

要理解多元函数微分学中的偏导数,并且在几何上直观解释其意义,首先需要掌握偏导数的定义及其计算方法。偏导数表示当其他变量保持不变时,多元函数关于某一个变量的导数。在几何上,偏导数可以用来描述多元函数在各个坐标轴方向上的局部变化率。 参考资源链接:[高等数学学习资料,高等数学讲稿](https://wenku.youkuaiyun.com/doc/64ae00d12d07955edb6a7fa9) 假设有一个多元函数f(x, y),在点(x₀, y₀)处的偏导数∂f/∂x可以看作是沿着x轴方向,函数图像在x₀处的切线斜率,而∂f/∂y则表示在y₀处沿着y轴方向的切线斜率。这种切线的斜率实际上反映了函数在这个点附近关于各自变量的增加或减少的速率。 在实际操作中,要找到函数在点(x₀, y₀)的偏导数,可以通过将其他变量视为常数,然后对选定变量求导来实现。例如,对于f(x, y)在点(x₀, y₀)关于x的偏导数,我们固定y=y₀,然后对x求导。 为了更好地理解偏导数几何意义,可以借助于三维图形。通过计算机绘图软件或数学软件(如MATLAB或Mathematica),可以绘制出函数f(x, y)的三维图形。然后在图形上选取一点(x₀, y₀),在该点附近沿x轴和y轴方向作出切线。这样,切线的斜率就直观地展示了在该点处函数沿着这两个方向的局部变化率。更进一步,还可以通过动态演示不同点处的切线变化,来加深对偏导数几何意义的理解。 为了深入学习偏导数及其在高等数学中的应用,建议查阅《高等数学学习资料,高等数学讲稿》。该资料详细讲解了多元函数微分学的相关概念,包含了丰富的例题和图形辅助解释,非常适合帮助学生掌握偏导数的概念及其几何意义。 参考资源链接:[高等数学学习资料,高等数学讲稿](https://wenku.youkuaiyun.com/doc/64ae00d12d07955edb6a7fa9)
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