理论教育 二元函数可微与偏导数间的关系及其确定方式

二元函数可微与偏导数间的关系及其确定方式

时间:2023-10-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:在一元函数中,可微与可导是等价的,且dy=f′dx,那么,二元函数z=f(x,y)在点(x,y)处的可微与偏导数之间存在什么关系呢?全微分定义中的A,B又如何确定?定理1 若函数z=f(x,y)在点处可微,即Δz=AΔx+BΔy+o(ρ),则在该点f(x,y)的两个偏导数存在,并且上面定理指出,二元函数在一点可微,则在该点偏导数一定存在.反过来,若在一点偏导数存在,那么在该点是否一定可微呢?

二元函数可微与偏导数间的关系及其确定方式

在一元函数中,可微与可导是等价的,且dy=f′(x)dx,那么,二元函数z=f(x,y)在点(x,y)处的可微与偏导数之间存在什么关系呢?全微分定义中的A,B又如何确定?它是否与函数f(x,y)有关系呢?

定理1(可微的必要条件) 若函数z=f(x,y)在点(x0,y0)处可微,即Δz=AΔx+BΔy+o(ρ),则在该点f(x,y)的两个偏导数存在,并且

上面定理指出,二元函数在一点可微,则在该点偏导数一定存在.反过来,若在一点偏导数存在,那么在该点是否一定可微呢?下面先来讨论可微与连续的关系.

定理2(可微的必要条件) 若二元函数z=f(x,y)在点(x,y)处可微,则在该点一定连续.

证明 根据函数可微定义,有

当Δx→0,Δy→0时,ρ→0,于是ο(ρ)→0,因此

由函数连续性的定义得,z=f(x,y)在点(x,y)处连续.证毕.

我们知道,函数的偏导数存在,不一定能保证函数连续,再由定理2可知,函数在一点不连续,则在该点一定不可微.因此,函数的偏导数存在,函数不一定可微.(www.daowen.com)

例如,函数

在点(0,0)处不连续,故由定理2可知,在(0,0)点是不可微的.但这个函数在点(0,0)的两个偏导数是存在的,且

那么,在什么条件下,两个偏导数存在才是二元函数可微的充分条件呢?

定理3(可微的充分条件) 若二元函数z=f(x,y)在点(x,y)处的两个偏导数f′x(x,y)、f′y(x,y)存在,且在点(x,y)处连续,则函数z=f(x,y)在该点一定可微.

证明从略.

上面三个定理说明:函数可微,偏导数一定存在;函数可微,函数一定连续;偏导数连续,函数一定可微.

上面讨论的三个定理可以推广到三元和三元以上的多元函数.如三元函数u=f(x,y,z)的全微分存在,则有

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