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文档简介

8 6方向导数与梯度 一 方向导数 二 梯度 偏导数反映的是函数在一点沿坐标轴方向的变化率 但在有些问题中需要考虑函数沿其它方向的变化率 因此在本节引进方向导数的概念来确定函数在一点沿着任一方向的变化率 讨论函数在一点P沿某一方向的变化率问题 一 方向导数的定义 如图 记为 1 若z f X f x y 在P x y 处偏导存在 则在点P处沿x轴正向的方向导数 注 2 若z f X f x y 在P x y 处偏导存在 则在点P处沿x轴负向的方向导数 同样可得沿y轴正向的方向导数为f y x y 而沿y轴负方向的方向导数为 f y x y 证明 由于函数可微 则增量可表示为 两边同除以 得到 故有方向导数 解 推广可得三元函数方向导数的定义 方向余弦 例2 求函数 在点P 1 1 1 沿向量 的方向导数 解 向量l的方向余弦为 方向导数反映函数在一点沿某一方向的变化率 而函数在一点有无穷多个方向导数 二 梯度的概念 结论 类似于二元函数 此梯度也是一个向量 其方向与取得最大方向导数的方向一致 其模为方向导数的最大值 梯度的概念可以推广到三元函数 解 等高线 等高线的画法 等高线的画法 等高线的画法 等高线的画法 等高线的画法 等高线的画法 等高线的画法 等高线的画法 等高线的画法 等高线 等高线 梯度为等高线上的法向量 梯度的几何意义 等量面 曲面f x y z c称为函数u f x y z 的等量面 函数u f x y z 在点P x y z 的梯度的方向与过点P的等量面f x y z c在这点的法线的一个方向相同 且从数值较低的等量面指向数值较高的等量面 而梯度的模等于函数在这个法线方向的方向导数 解一 用方向导数计算公式 即要求出从x轴正向沿逆时针转到内法线方向的转角 在 两边对x求导 解得 切线斜率 故法线斜率为 内法线方向的方向

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