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高数——多元函数微分学

多元函数与平面点集

二元函数

概念

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解释:
  • 类比一元函数y=f(x),x为自变量,y为因变量,x可以在定义域D里取值,y会随着x的改变而变化,二元函数z=f(x,y)是类似的,其中x,y都是自变量可以在D内随意取值,而因变量z会随着x与y的改变而变化
  • R2 可以理解为研究范围从一元函数的R(数轴)多了一个方向,成为了二元函数的R2(平面)
  • f:D->R代表某种规则,可以理解成不同的函数表达式
  • 图示:
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    这里需要再理解一下定义域的表示,就需要再理解一下点与面的关系
  • 某点与面的关系(这部分考试不太考察,但,是后面计算的基础)

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    解释:
  • 这里规定,某定义域是图中蓝色范围和P4点,称为E,严格定义如下:
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  • 举个说人话的例子,比如P1,判断P1点周围是否存在某个很小的“圈”,能让这个圈里的任意点都在定义域E里,如果存在,就视作P1在E内,称为内点

  • 注意,必须要圈内任意点都在E内,只有一些点(比如在边界上的P2,P3)甚至只有那个点本身(比如属于定义域的P5)称为边界点,全都不在的就叫外点

  • E的内点一定属于E,E的外点一定不属于E,E的边界点不确定,可能属于(P3,P4),也可能不属于(P2)

  • 聚点:(包含内点和非孤立的边界点)
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    人话:解释2.的基础上,将很小的圈的圆心去掉,剩下的部分里是否存在无穷多个属于E的点。E的内点一定是聚点,E的外点一定不是聚点,边界点可能是聚点(比如P3,P2)也可能不是聚点(比如P4的去心领域是空的)

  • 平面点集E的类别(这部分考试不太考察,但,是后面计算的基础)

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    解释:

    多元函数极限与连续

    背景

    这个知识点是后面全微分的基础,同样是高数的一个难点。理解上可以类比一元函数的极限

    概念:

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    注意:

  • 相比于一元函数的极限,二重极限更加复杂,如图
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
  • 极限存在的条件
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  • 求极限不存在的方法:

    1.单路径:

    如果分母可以取0(分母在(0,0)的去心领域内总能取到0,几何意义上就是沿x轴y=0或者沿y轴x=0等路径去接近某点),此时只需证明该路径下极限为∞,则该极限不存在。路径可以由令分母=0时得到的式子,并加一个次数高于分子的数更加方便的计算。

    2.万能路径:

    通过代入y=kx(直线路径)计算,如果结果与k有关,则极限不存在,如果结果与k无关(比如恒为0),则不确定是否存在,需要继续验证。

    3.特殊路径

    如果直线路径结果一致,则需要代入非直线路径,常见的抛物线路径(y=x²,x=y²等),绝对值路径(y = |x|),高频震荡路径比如y=xsin(1/x)(x->0)

    4.极坐标代换:

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    极坐标是坐标的另一种表示,不同于(x,y)用到数轴的距离,而是(r,θ),r为到原点的距离,θ与x轴的夹角。

    5.快速算法:

    满足特殊形式可以方便计算:
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    求极限的方法:

    1.由连续性直接代入f(x) – > f(x0)

    以下三张图片可以了解一下
    在这里插入图片描述
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    说人话就是,遇到了多元初等函数,代入x->x0与y->y0后式子有意义,不是未定式,那根据连续性此处的函数值就是极限值

    2.等价无穷小代换,四则运算

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    常用的等价无穷小如下:
    在这里插入图片描述
    注意
    这里的x是指广义上的一个项数,至于这个项数是单独的x还是xy无所谓,只要求能在一个整体里

    3.有界变量 * 无穷小 – > 无穷小:

    这个可以在看完下面的夹逼定理后再回来看一下
    跟下面的流程相似,只是不用放缩,再拆开后,用于 y / 根号下(x²+y²) 的值肯定是有界的,那有界变量×无穷小还是无穷小

    这个是比较常用的

    4.夹逼定理:

    该定理内容:如果一个目标函数(或数列)被另外两个函数(或数列)“夹”在中间,并且这两个“边界”函数在某个点(或无穷远处)的极限相同,那么被夹在中间的目标函数在该点的极限也必然等于这个相同的值。

    再补充一点:仅限于0,当lim x->x0 |f(x)| = 0时,lim x-> x0 f(x)=0成立

    适用范围:分子是分母的一部分,比如:
    在这里插入图片描述
    此时可以先套上绝对值(便于放缩),通过放缩,化简成 0<= 原式 <= |x| (因为 y / 根号下(x²+y²)),由lim x->0 |x| = 0与夹逼定理可得原函数极限也是0.

    注意,做放缩的时候,不要乱动分母,可能会导致条件不一样

    5. 极坐标:

    和上面讲过的极坐标类似,适合在一些齐次方啊之类的场景下使用

    二重积分和二次积分的区别

    前者x与y可以同步变化,后者则具有先后顺序,由此产生的极限效果可能截然不同

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