多元函数微分学

第一节多元函数的基本概念一、多元函数的概念二、多元函数的极限三、多元函数的连续性

四、小结思考题

（1）邻域一、多元函数的概念（2）区域例如，即为开集．连通的开集称为区域或开区域．例如，例如，有界闭区域；无界开区域．例如，（3）聚点

内点一定是聚点；说明：

边界点可能是聚点；例(0,0)既是边界点也是聚点．

点集E的聚点可以属于E，也可以不属于E．例如,(0,0)是聚点但不属于集合．例如,边界上的点都是聚点也都属于集合．（4）n维空间

n维空间的记号为说明：

n维空间中两点间距离公式

n维空间中邻域、区域等概念特殊地当时，便为数轴、平面、空间两点间的距离．内点、边界点、区域、聚点等概念也可定义．邻域：设两点为（5）二元函数的定义类似地可定义三元及三元以上函数．例1

求的定义域．解所求定义域为（如下页图）二元函数的图形通常是一张曲面.例如,图形如右图.例如,左图球面.单值分支:二、多元函数的极限说明：（1）定义中的方式是任意的；（2）二元函数的极限也叫二重极限（3）二元函数的极限运算法则与一元函数类似．例2

求证证当时，原结论成立．例3

求极限解其中例4

证明不存在．证取其值随k的不同而变化，故极限不存在．不存在.观察播放确定极限不存在的方法：利用点函数的形式有三、多元函数的连续性定义3例5

讨论函数在(0,0)处的连续性．解取故函数在(0,0)处连续.当时例6

讨论函数在(0,0)的连续性．解取其值随k的不同而变化，极限不存在．故函数在(0,0)处不连续．闭区域上连续函数的性质在有界闭区域D上的多元连续函数，在有界闭区域D上的多元连续函数，（1）最大值和最小值定理（2）介值定理在D上至少取得它的最大值和最小值各一次．如果在D上取得两个不同的函数值，则它在D上取得介于这两值之间的任何值至少一次．（3）一致连续性定理在有界闭区域D上的多元连续函数必定在D上一致连续．多元初等函数：由多元多项式及基本初等函数经过有限次的四则运算和复合步骤所构成的可用一个式子所表示的多元函数叫多元初等函数一切多元初等函数在其定义区域内是连续的．定义区域是指包含在定义域内的区域或闭区域．例７解多元函数极限的概念多元函数连续的概念闭区域上连续函数的性质（注意趋近方式的任意性）四、小结多元函数的定义思考题思考题解答不能.例取但是不存在.原因为若取练习题练习题答案不存在.观察观察不存在.观察不存在.观察不存在.观察不存在.观察不存在.观察不存在.观察不存在.观察不存在.观察不存在.观察不存在.观察不存在.第二节偏导数一、偏导数的定义及其计算法二、高阶偏导数三、小结思考题

一、偏导数的定义及其计算法偏导数的概念可以推广到二元以上函数如在处解证原结论成立．证有关偏导数的几点说明：１、２、求分界点、不连续点处的偏导数要用定义求；解３、偏导数存在与连续的关系？但函数在该点处并不连续.偏导数存在连续.一元函数中在某点可导

连续，多元函数中在某点偏导数存在

连续，4、偏导数的几何意义如图几何意义:纯偏导混合偏导定义：二阶及二阶以上的偏导数统称为高阶偏导数.二、高阶偏导数解原函数图形偏导函数图形偏导函数图形二阶混合偏导函数图形观察上例中原函数、偏导函数与二阶混合偏导函数图象间的关系：解问题：混合偏导数都相等吗？具备怎样的条件才相等？解偏导数的定义偏导数的计算、偏导数的几何意义高阶偏导数（偏增量比的极限）纯偏导混合偏导（相等的条件）三、小结思考题思考题解答不能.例如,练习题练习题答案第三节全微分及其应用一、全微分的定义二、可微的条件三、小结思考题

由一元函数微分学中增量与微分的关系得一、全微分的定义全增量的概念全微分的定义事实上二、可微的条件证总成立,同理可得一元函数在某点的导数存在微分存在．多元函数的各偏导数存在全微分存在．？例如，则当时，说明：多元函数的各偏导数存在并不能保证全微分存在，证（依偏导数的连续性）同理习惯上，记全微分为全微分的定义可推广到三元及三元以上函数

通常我们把二元函数的全微分等于它的两个偏微分之和这件事称为二元函数的微分符合叠加原理．叠加原理也适用于二元以上函数的情况．解所求全微分解解所求全微分证令则同理不存在.多元函数连续、可导、可微的关系函数可微函数连续偏导数连续函数可导全微分在近似计算中的应用也可写成解由公式得１、多元函数全微分的概念；２、多元函数全微分的求法；３、多元函数连续、可导、可微的关系．（注意：与一元函数有很大区别）三、小结思考题练习题练习题答案第四节多元复合函数的

求导法则一、链式法则二、全微分形式不变性三、小结思考题

证一、链式法则

上定理的结论可推广到中间变量多于两个的情况.如以上公式中的导数称为全导数.上定理还可推广到中间变量不是一元函数而是多元函数的情况：链式法则如图示

特殊地即令其中两者的区别区别类似解解解令记同理有于是二、全微分形式不变性解1、链式法则（分三种情况）2、全微分形式不变性（特别要注意课中所讲的特殊情况）（理解其实质）三、小结思考题思考题解答练习题练习题答案第五节隐函数的求导公式一、一个方程的情形二、方程组的情形三、小结思考题

一、一个方程的情形隐函数的求导公式解令则解令则解令则思路：解令则整理得整理得整理得二、方程组的情形解1直接代入公式；解2运用公式推导的方法，将所给方程的两边对求导并移项将所给方程的两边对求导，用同样方法得（分以下几种情况）隐函数的求导法则三、小结思考题思考题解答练习题练习题答案第六节微分法在几何上的应用一、空间曲线的切线与法平面二、曲面的切平面与法线三、小结思考题

设空间曲线的方程(1)式中的三个函数均可导.一、空间曲线的切线与法平面考察割线趋近于极限位置——切线的过程上式分母同除以割线的方程为曲线在M处的切线方程切向量：切线的方向向量称为曲线的切向量.法平面：过M点且与切线垂直的平面.解切线方程法平面方程1.空间曲线方程为法平面方程为特殊地：2.空间曲线方程为切线方程为法平面方程为所求切线方程为法平面方程为设曲面方程为曲线在M处的切向量在曲面上任取一条通过点M的曲线二、曲面的切平面与法线令则切平面方程为法线方程为曲面在M处的法向量即垂直于曲面上切平面的向量称为曲面的法向量.特殊地：空间曲面方程形为曲面在M处的切平面方程为曲面在M处的法线方程为令切平面上点的竖坐标的增量因为曲面在M处的切平面方程为其中解切平面方程为法线方程为解令切平面方程法线方程解设为曲面上的切点,切平面方程为依题意，切平面方程平行于已知平面，得因为是曲面上的切点，所求切点为满足方程切平面方程(1)切平面方程(2)空间曲线的切线与法平面曲面的切平面与法线（当空间曲线方程为一般式时，求切向量注意采用推导法）（求法向量的方向余弦时注意符号）三、小结思考题思考题解答设切点依题意知切向量为切点满足曲面和平面方程练习题练习题答案第七节方向导数与梯度一、问题的提出二、方向导数的定义三、梯度的概念

四、小结思考题

实例问题的实质：一、问题的提出：一块长方形的金属板，四个顶点的坐标是(1,1)，(5,1)，(1,3)，(5,3)．在坐标原点处有一个火焰，它使金属板受热．假定板上任意一点处的温度与该点到原点的距离成反比．在(3,2)处有一个蚂蚁，问这只蚂蚁应沿什么方向爬行才能最快到达较凉快的地点？应沿由热变冷变化最骤烈的方向（即梯度方向）爬行．讨论函数在一点P沿某一方向的变化率问题．二、方向导数的定义（如图）当沿着趋于时，是否存在？记为证明由于函数可微，则增量可表示为两边同除以得到故有方向导数解解由方向导数的计算公式知（1）最大值；（2）最小值；（3）等于零？故推广可得三元函数方向导数的定义解令故方向余弦为故三、梯度的概念结论

函数在某点的梯度是这样一个向量，它的方向与取得最大方向导数的方向一致,而它的模为方向导数的最大值．梯度的模为在几何上表示一个曲面曲面被平面所截得所得曲线在xoy面上投影如图等高线梯度为等高线上的法向量等高线的画法播放例如,梯度与等高线的关系：类似于二元函数，此梯度也是一个向量，梯度的概念可以推广到三元函数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.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.解由梯度计算公式得故1、方向导数的概念2、梯度的概念3、方向导数与梯度的关系（注意方向导数与一般所说偏导数的区别）（注意梯度是一个向量）四、小结思考题思考题解答练习题练习题答案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第八节多元函数的极值及其求法一、问题的提出二、多元函数的极值和最值三、条件极值拉格朗日乘数法

四、小结思考题

每天的收益为求最大收益即为求二元函数的最大值.一、问题的提出问：店主每天以什么价格卖两种牌子的果汁可取得最大收益？二、多元函数的极值和最值播放1、二元函数极值的定义(1)(2)(3)例1例２例３2、多元函数取得极值的条件证，，，

.仿照一元函数，驻点极值点问题：如何判定一个驻点是否为极值点？注意：定理2（充分条件）

有一阶及二阶连续偏导数，凡能使一阶偏导数同时为零的点，均称为函数的驻点.又令解求最值的一般方法：

与一元函数相类似，3、多元函数的最值我们可以利用函数的极值来求函数的最大值和最小值.将函数在D内的所有驻点处的函数值及在D的边界上的最大值和最小值相互比较，其中最大者即为最大值，最小者即为最小值.解如图,解由无条件极值：对自变量除了限制在定义域内外，并无其他条件.问题的实质：求在条件下的极值点．三、条件极值拉格朗日乘数法实例：小王有200元钱，他决定用来购买两种急需物品：计算机磁盘和录音磁带，设每张磁盘8元，每盒磁带10元，问他如何分配这200元以达到最佳效果．条件极值：对自变量有附加条件的极值．拉格朗日乘数法其中为某一常数，可由

其中就是可能的极值点的坐标.拉格朗日乘数法可推广到自变量多于两个的情况：

要找函数在条件

下的极值，先构造函数

其中均为常数，

可由

偏导数为零及条件解出即得极值点的坐标.解则解可得即多元函数的极值拉格朗日乘数法（取得极值的必要条件、充分条件）多元函数的最值四、小结思考题思考题解答练习题练习题答案二、多元函数的极值和最值二、多元函数的极值和最值二、多元函数的极值和最值二、多元函数的极值和最值二、多元函数的极值和最值二、多元函数的极值和最值二、多元函数的极值和最值二、多元函数的极值和最值二、多元函数的极值和最值第八章多元函数微分法

及其应用

习题课主要内容典型例题平面点集和区域多元函数的极限多元函数连续的概念极限运算多元连续函数的性质多元函数概念一、主要内容全微分的应用高阶偏导数隐函数求导法则复合函数求导法则全微分形式的不变性微分法在几何上的应用方向导数多元函数的极值全微分概念偏导数概念1、区域（1）邻域连通的开集称为区域或开区域．（2）区域（3）聚点（4）n维空间2、多元函数概念定义类似地可定义三元及三元以上函数．3、多元函数的极限说明：（1）定义中的方式是任意的；（2）二元函数的极限也叫二重极限（3）二元函数的极限运算法则与一元函数类似．4、极限的运算5、多元函数的