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人工智能之数学基础:方向导数

什么是方向导数?

在之前的课程中我们学习了导数和偏导数,对于多元函数来说就是偏导数,偏导数可以认为是函数值沿坐标轴方向的变化率,但是很多的时候,我们需要求解函数在某点处沿某一指定方向的变化率,那么沿着某一方面的方向的变化率就是我们所说的方向导数。

方向导数

对于二元函数f(x,y)在点P(x,y)处沿方向l,方向角为(a,β)的方向导数可以表示为:

总的来说二元函数沿方向l的偏导数可以通过对x的偏导数乘以cosa,然后对y的偏导数乘以cosβ,我们要想求解方向导数,我们首先需要计算沿着坐标轴的偏导数,然后再计算方向l和坐标轴的夹角的余弦值cosa和cosβ。

例子

例子一

求函数u=x²yz在点p(1,1,1)沿着向量l=(2,-1,3)的方向导数?

首先我们先求l的方向余弦为:

然后再求偏导数,u对x的偏导数为2xyz,u对y的偏导数为x²z,u对z的偏导数为x²y,所以u对l的方向导数为:

2xyz(cosa)+x²y(cosβ)+x²ycosγ,然后将

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