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Терехина Фикс ВМ 2

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28.09.2022
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dF

 

@F

 

@F

dy

 

 

 

@F

 

@F

dy

 

dx

=

@x

+

@y

dx

:

iZ RAWENSTWA

@x

+

@y

dx

= 0

NAHODIM PROIZWODNU@ FUNKCII y(x) ZADANNOJ NEQWNO

 

 

 

 

 

 

dy

=

@F=@x

ILI

y0 =

 

F 0

 

 

 

 

 

 

 

 

;@F=@y

 

x :

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

x

;Fy0

 

 

tAKIM OBRAZOM, PROIZWODNU@ NEQWNOJ FUNKCII ODNOJ PEREMENNOJ MOV- NO NAHODITX, ISPOLXZUQ ^ASTNYE PROIZWODNYE FUNKCII F (x y): rASSMOTRIM PRIMER.

1: x4 ; 2 sin x + 3y3 ; ln(x ; 2y) + xy = e2y:

o^EWIDNO, ^TO FUNKCIQ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (x y) = x4 ;

2 sin x + 3y3

; ln(x

; 2y) + xy ; e2y:

 

 

 

nAHODIM ^ASTNYE PROIZWODNYE \TOJ FUNKCII KAK FUNKCII DWUH NEZA-

WISIMYH PEREMENNYH

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;2

 

 

 

F 0

 

= 4x3

2 cos x

 

 

 

 

 

 

 

+ y

 

F 0

= 9y2

 

 

+ x

 

e2y 2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

; x ; 2y

 

 

 

pODSTAWLQEM;W FORMULU; x ; 2y

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

;

 

dy

 

 

 

 

F 0

 

 

4x3

 

 

2 cos x

 

 

 

 

+ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

; x

 

2y

 

 

 

 

 

 

= y0

=

x

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

;F 0

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

x

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2y

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x ; 2y + x ; 2e

+ 9y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aNALOGI^NO MOVNO POLU^ITX WYRAVENIQ DLQ ^ASTNYH PROIZWODNYH NE-

QWNOJ FUNKCII DWUH PEREMENNYH.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pUSTX z

=

z(x y) { NEQWNAQ FUNKCIQ DWUH PEREMENNYH, UDOWLETWO-

RQ@]AQ URAWNENI@

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (x y z) = 0, GDE z = z(x

 

y)

T.E. F (x

y z(x y)) 0:

 

tOGDA ^ASTNYE PROIZWODNYE FUNKCII z = z(x y) NAHODQTSQ S POMO]X@

^ASTNYH PROIZWODNYH FUNKCII F (x

 

y z) TREH NEZAWISIMYH PEREMEN-

NYH PO FORMULAM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@z

 

=

 

@F=@x

ILI z0

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;@F=@z

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@x

 

 

 

 

 

x

 

 

;Fz0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@z

 

=

;

@F=@y

ILI z0

 

=

 

 

 

Fy0

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@y

 

 

@F=@z

 

 

 

 

x

 

 

;Fz0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rASMOTRIM PRIMER.

143

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2: sin(x + 3zy2) ; px3 + 7z ;

 

 

 

 

= 6 ln y + 2:

 

 

 

 

 

 

3x + 5y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) ;

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 7z ; 3x

 

 

 

 

; 6

ln y ; 2:

fUNKCIQ F (x y z) = sin(x + 3zy

 

 

 

x

 

+ 5y

nAHODIM ^ASTNYE PROIZWODNYE \TOJ FUNKCII PO WSEM TREM NEZAWISI-

MYM PEREMENNYM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F 0

= cos(x + 3zy2)

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

3x2

+

 

 

1

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

; 2px3 + 7z

 

 

 

 

 

 

 

(3x + 5y)2

 

 

 

 

F 0

= cos(x + 3zy2)

 

 

3z

2y +

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

5 6

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3x + 5y)2

; y

 

 

 

 

 

 

F 0

= cos(x + 3zy2)

 

 

3y2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

7:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; 2px3 + 7z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pODSTAWLQEM POLU^ENNYE WYRAVENIQ W FORMULY DLQ ^ASTNYH PROIZ- WODNYH NEQWNOJ FUNKCII

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3x2

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F 0

 

 

cos(x + 3zy

)

; 2

x

3

+ 7z

+

(3x + 5y)2

 

 

z0

=

x =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

x

 

;F 0

 

;

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) 3y

; 2px3 + 7z

 

 

 

 

 

 

z

 

 

cos(x + 3zy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

z0

 

Fy0

 

 

cos(x + 3zy

) 6zy +

 

(3x + 5y)2 ; y

 

 

 

 

=

;F 0

=

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) 3y

;

2px3 + 7z

 

 

 

 

 

 

z

 

 

cos(x + 3zy

 

 

 

 

 

4.2.4.

pROIZWODNYE WYS[IH PORQDKOW

 

 

 

 

 

 

 

 

pUSTX DANA FUNKCIQ z = z(x y) I PUSTX SU]ESTWU@T EE ^ASTNYE PROIZ- WODNYE @x@z I @z@y KOTORYE NAZYWA@TSQ PROIZWODNYMI PERWOGO PORQDKA.

|TI PROIZWODNYE TAKVE QWLQ@TSQ FUNKCIQMI NEZAWISIMYH PEREMEN- NYH x I y I, SLEDOWATELXNO, KAVDU@ IZ NIH MOVNO DIFFERENCIROWATX KAK PO x TAK I PO y: pOLU^AEM ^ASTNYE PROIZWODNYE WTOROGO PORQDKA

 

 

 

 

@

 

@z

 

 

 

 

 

@2z

 

 

 

 

 

 

@

@z

 

 

 

@2z

 

z0

= (z0 )0

=

 

 

 

 

@x!

=

 

 

 

z00

= (z0

)0

==

 

 

@y!

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xx

x x

 

 

 

@x

 

 

 

@x2

 

yy

y

y

 

 

@y

 

 

@y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@

 

 

@z

 

 

 

 

@2z

 

 

 

 

 

@

 

 

@z

 

 

@2z

 

 

z00

= (z0 )0

=

 

 

 

 

@x!

=

 

 

 

 

 

z00

= (z0

)0

=

 

 

 

@y!

=

 

 

 

:

 

@y

@x@y

@x

 

@y@x

 

xy

x y

 

 

 

 

yx

y

x

 

 

 

 

 

pROIZWODNYE

 

@2z

I

 

@2z

 

NAZYWA@TSQ SME[ANNYMI PROIZWODNYMI,

 

@x@y

@y@x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ONI OTLI^A@TSQ POSLEDOWATELXNOSTX@ DIFFERENCIROWANIQ. mOVNO DO-

KAZATX, ^TO, ESLI SAMA FUNKCIQ z = z(x y) I WSE EE ^ASTNYE PROIZWOD-

144

NYE NEPRERYWNY, TO SME[ANNYE PROIZWODNYE RAWNY MEVDU SOBOJ

@2z @2z @x@y = @y@x:

dIFFERENCIRUQ PO PEREMENNYM x I y WSE PROIZWODNYE WTOROGO PORQD- KA, BUDEM POLU^ATX PROIZWODNYE TRETXEGO PORQDKA

 

z000

 

 

 

=

 

@

 

 

 

 

 

@

2z

 

 

 

=

@3z

 

 

 

 

 

 

z000

 

 

=

 

 

@ @2z

 

=

@3z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

2 1

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

2

1

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

xxx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yyy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@x @@x

A

 

 

 

 

 

 

@x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@y @

@y

A

 

@y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@ @2z

 

 

 

 

 

 

 

 

@3z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@ @

2z

 

 

 

 

@3z

 

 

 

 

z000

 

 

 

==

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

2 1

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z00

 

 

 

 

=

 

 

 

0

 

 

2 1

=

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

xxy

 

 

 

 

 

 

@y

 

 

 

 

 

 

 

@y

 

 

 

 

 

yyx

 

 

 

 

 

 

@x

 

 

 

 

 

@x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@

@x

A

 

 

@x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@

@y

A

 

@y

 

 

 

dIFFERENCIRUQ PO x

 

ILI PO y SME[ANNYE PROIZWODNYE 2-GO PORQDKA,

POLU^IM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@

 

0

 

@

2

z

 

 

1 =

@

 

 

 

0

 

2

z

 

1

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@

 

 

=

 

 

@ z

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@x

 

 

 

 

 

 

 

 

@x

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@@x@yA

 

 

 

 

@

@y@xA

 

 

 

 

@x @y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i T.P.

 

DLQ DRUGIH POSLEDOWATELXNOSTEJ WZQTIQ PROIZWODNYH. nO W ITO-

GE POLU^IM WSEGO ^ETYRE TIPA PROIZWODNYH 3-GO PORQDKA, KOTORYE MY

ZAPISALI.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z =

2x + 3y

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

; y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nAJTI WSE ^ASTNYE PROIZWODNYE 2-GO PORQDKA.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@z

= 2(x ; y) ;

(2x + 3y)

 

1 =

 

 

;5y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@x

 

 

 

 

y)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

;

y)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@

 

z2

= 0

 

 

 

 

;5y

2

10 =

;

5y

 

 

(x

;

y);2

 

x0 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@x

 

 

 

 

 

@

(x

;

y)

 

 

A

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ;5y (;2) (x ; y);3 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

;

y)3

@

2

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

 

 

 

;5y

 

2

10 = ;5 (x;y)

 

;(;5y) 42

(x;y) (;1) =

 

 

@x@y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@

(x ; y)

 

 

Ay

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x;y)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

;5 (x

; y)

; 10y

=

;5x ;

5y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x ; y)3

 

 

 

 

 

 

 

 

(x ; y)3

 

 

 

 

 

 

 

@z

 

=

3(x ; y) ;

(2x + 3y)

 

(;1)

=

 

 

 

 

 

 

 

5x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x ; y)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x ; y)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

145

 

@2z

 

 

 

 

5x

 

0

 

 

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

1y = 5x (x ; y);2 y0 =

 

 

@y2

(x

;

y)2

 

 

 

 

@

 

 

 

A

 

 

 

10x

 

 

 

 

= 5x (;2) (x ; y);3 (;1) =

 

 

 

 

 

(x y)3

 

@2z

 

=

0

 

 

5x

 

10 =

5 (x ; y)2

; 5x 42; (x ; y) =

 

@y@x

 

 

 

2

 

 

@(x ; y)

Ax

(x ; y)

 

 

 

 

 

 

 

 

=

5 (x

; y) ; 10x

= ;5x ; 5y

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x ; y)3

(x ; y)3

 

oTMETIM 2 O^ENX WAVNYH WYWODA:

 

 

 

{ SME[ANNYE PROIZWODNYE WTOROGO PORQDKA FUNKCII DWUH NEZAWISI- MYH PEREMENNYH WSEGDA RAWNY MEVDU SOBOJ, ESLI ONI NEPRERYWNY

{SME[ANNYE PROIZWODNYE FUNKCII L@BOGO PORQDKA RAWNY, ESLI ONI NEPRERYWNY I POLU^ENY PUTEM DIFFERENCIROWANIQ FUNKCII PO ODNIM I TEM VE PEREMENNYM ODINAKOWOE ^ISLO RAZ.

4.2.5. pOLNYJ I ^ASTNYE DIFFERENCIALY

pUSTX DANA FUNKCIQ DWUH PEREMENNYH z = z(x y). rASSMATRIWAQ ^ASTNYE PROIZWODNYE FUNKCII NESKOLXKIH PEREMENNYH, MY WWODILI PONQTIE ^ASTNYH PRIRA]ENIJ FUNKCII, KOGDA PRIRA]ENIE POLU^ALA TOLXKO ODNA PEREMENNAQ. eSLI PRIRA]ENIE POLU^A@T OBE NEZAWISIMYE PEREMENNYE, TO PRIRA]ENIE, KOTOROE PRI \TOM POLU^IT FUNKCIQ, NA- ZYWAETSQ POLNYM PRIRA]ENIEM

z = z(x + x y + y) ; z(x y):

mOVNO POKAZATX, ^TO, ESLI SU]ESTWU@T ^ASTNYE PROIZWODNYE FUNKCII z = z(x y) TO POLNOE PRIRA]ENIE FUNKCII MOVET BYTX ZAPISANO W WIDE SUMMY

z = @x@z x + @z@y y + !( x y)

GDE !( x y) - BESKONE^NO MALAQ WELI^INA BOLEE WYSOKOGO PORQDKA MALOSTI PO SRAWNENI@ S RASSTOQNIEM MEVDU TO^KAMI P (x y) I P1(x +x y + y)

o P R E D E L E N I E. gLAWNAQ, LINEJNAQ OTNOSITELXNO PRIRA]ENIJ ARGUMENTOW, ^ASTX POLNOGO PRIRA]ENIQ FUNKCII z(x y) NAZYWAETSQ POL- NYM DIFFERENCIALOM FUNKCII I OBOZNA^AETSQ dz.

146

iTAK, dz = @x@z x + @y@z y:

tAK KAK DIFFERENCIALY NEZAWISIMYH PEREMENNYH RAWNY IH PRIRA- ]ENIQM ( x = dx y = dy), MOVNO ZAPISATX FURMULU POLNOGO DIF- FERENCIALA W WIDE

@z @z

dz = @x dx + @y dy:

mOVNO WWESTI PONQTIE ^ASTNYH DIFFERENCIALOW : dxz = @x@z dx dyz = @z@y dy:

pOLNYJ DIFFERENCIAL RAWEN SUMME ^ASTNYH DIFFERENCIALOW dz = dxz + dyz:

wY^ISLENIE POLNOGO DIFFERENCIALA SWODITSQ K WY^ISLENI@ ^ASTNYH PROIZWODNYH I UMNOVENI@ IH NA SOOTWETSTWU@]IE DIFFERENCIALY NE- ZAWISIMYH PEREMENNYH.

1: ln(x2 + py): nAJTI dz.

nAHODIM ^ASTNYE PROIZWODNYE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@z

1

 

 

@z

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

@x =

 

 

2x

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

x2 + p

 

@y

x2 + p

 

 

2p

 

y

y

y

pODSTAWLQEM W FORMULU POLNOGO DIFFERENCIALA

@z

 

 

@z

2x

1

 

 

 

 

1

 

 

 

dz = @x

dx + @y dy =

 

 

 

dx +

 

 

 

 

 

 

 

 

dy:

(x2 + p

 

)

2p

 

(x2 + p

 

)

y

y

 

y

2: u = (z + 2x) e3y: nAJTI du W TO^KE M0(1 ;1 3).

zAPI[EM FORMULU POLNOGO DIFFERENCIALA FUNKCII TREH PEREMENNYH

KAK SUMMU TREH ^ASTNYH DIFFERENCIALOW du = @u@x dx + @u@y dy + @u@z dz:

nAJDEM ^ASTNYE PROIZWODNYE

 

@x@u = 2 e3y

@u@y = (z + 2x) e3y 3

@u@z = 1 e3y:

pODSTAWLQEM W WYRAVENIE DLQ POLNOGO DIFFERENCIALA

du = e3y (2 dx + 3(z + 2x) dy + dz) :

pODSTAWLQEM KOORDINATY TO^KI M0 WMESTO x, y I z du = e;3(2 dx + 15 dy + dz):

147

4.2.6. dIFFERENCIALY WYS[IH PORQDKOW

dIFFERENCIAL PERWOGO PORQDKA dz FUNKCII z = z(x y) QWLQETSQ FUNKCIEJ TEH VE PEREMENNYH x I y ^TO I SAMA FUNKCIQ, PRI^EM OT x I y ZAWISQT TOLXKO WYRAVENIQ ^ASTNYH PROIZWODNYH. pO\TOMU MOV- NO NAHODITX DIFFERENCIAL OT DIFFERENCIALA PERWOGO PORQDKA, T.E. DIFFERENCIAL WTOROGO PORQDKA

 

@z

@z

 

d2z = d(dz) = d

@x dx +

@y dy! :

 

pRIWEDEM BEZ WYWODA OKON^ATELXNOE WYRAVENIE DLQ WTOROGO DIFFEREN-

CIALA

 

 

 

 

 

@2z

 

@2z

@2z

 

d2z = @x2 dx2 + 2

 

dxdy + @y2

dy2.

@x@y

dLQ NAHOVDENIQ DIFFERENCIALA NEOBHODIMO, TAKIM OBRAZOM, NAJTI WSE ^ASTNYE PROIZWODNYE WTOROGO PORQDKA.

z = (2y + 1)cos 3x. nAJTI dz:

nAHODIM SNA^ALA ^ASTNYE PROIZWODNYE PERWOGO PORQDKA

@x@z = (2y + 1)cos 3x ln(2y + 1) (;3 sin 3x) @z@y = cos 3x (2y + 1)cos 3x;1 2:

zAPI[EM DIFFERENCIAL PERWOGO PORQDKA dz =

= (2y + 1)cos 3x ln(2y + 1) (;3 sin 3x) dx + 2 cos 3x (2y + 1)cos 3x;1 dy: nAHODIM PROIZWODNYE WTOROGO PORQDKA

@2z

@

 

h(2y + 1)cos 3x ln(2y + 1) (;3 sin 3x)i =

@x2 =

 

 

@x

= ln(2y+1)cos

3hx(2y+1)cos 3x

ln(2y+1)

(;3 sin 3x) (;3 sin 3x)+

+(2y + 1)

 

(

;

9 cos 3x)

i

=

 

 

 

 

 

 

 

cos 3x

 

 

2

= 9 ln(2y + 1) (2y + 1)

 

hln(2y + 1) sin 3x ; cos 3xi

@2z

@

h2 cos 3x (2y + 1)cos 3x;1i

 

@y2 =

 

=

@y

= 2 cos 3x (cos 3x ; 1) (2y + 1)cos 3x;2 2:

@2z

@

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@x@y = @y (2y + 1)cos 3x ln(2y + 1) (;3 sin 3x) =

148

d2z =
SOGLASNO KWADRAT,

= (;3 sin 3x) h(2y + 1)cos 3x ln(2y + 1)iy0 ==

2(2y+1)cos 3x

= (;3 sin 3x) 22 cos 3x(2y+1)cos 3x;1 ln(2y+1)+

2y+1

3=

4

 

 

 

 

(2y + 1)

5

= (;6 sin 3x) (2y + 1)cos 3x;1

2cos 3x ln(2y + 1)+ 2y + 1

3=

= (;6 sin 3x) (2y + 1)

cos 3x

;

1

4

 

5

 

 

[cos 3x ln(2y + 1) + 1] :

 

pODSTAWLQEM \TI PROIZWODYE W WYRAVENIE DLQ d2z

d2z = 9 ln(2y + 1) (2y + 1)cos 3x hln(2y + 1) sin2 3x ; cos 3xi dx2+ +2 (;6 sin 3x) (2y + 1)cos 3x;1 [cos 3x ln(2y + 1) + 1] dxdy+ +4 cos 3x (cos 3x ; 1) (2y + 1)cos 3x;2 dy2:

dIFFERENCIAL WTOROGO PORQDKA MOVET BYTX ZAPISAN I W TAKOJ FORME

@x@ dx + @y@ dy!2 z

KOTOROJ SIMWOLI^ESKOE WYRAVENIE W SKOBKAH WOZWODITSQ W A ZATEM FUNKCIQ WNOSITSQ POD ZNAK WTORYH PROIZWODNYH I

POLU^AETSQ TA VE FORMULA, KOTOROJ MY UVE POLXZOWALISX. aNALOGI^NO MOVNO ZAPISATX I FORMULU WY^ISLENIQ DIFFERENNCIALA

3-GO PORQDKA

 

3

 

@

 

@

d2z =

dx +

dy! z:

 

 

@x

@y

4.3. pRILOVENIQ ^ASTNYH PROIZWODNYH

4.3.1. kASATELXNAQ PLOSKOSTX I NORMALX K POWERHNOSTI

pUSTX ZADANA POWERHNOSTX, OPREDELQEMAQ NEQWNYM URAWNENIEM

 

F (x y :

z) = 0 GDE z = z(x y)

I TO^KA M0(x0 y0

z0) NA \TOJ POWERHNOSTI, PRI^EM FUNKCIQ

F (x y

z) DIFFERENCIRUEMA PO WSEM NEZAWISIMYM PEREMENNYM W TO^KE

M0(x0

y0 z0). dADIM OPREDELENIE KASATELXNOJ PLOSKOSTI.

o P R E D E L E N I E. kASATELXNOJ PLOSKOSTX@ K DANNOJ POWERHNOSTI W TO^KE M0(x0 y0 z0) NAZYWAETSQ PLOSKOSTX, W KOTOROJ LEVAT WSE KA- SATELXNYE, PROWEDENNYE K L@BOJ KRIWOJ, PRINADLEVA]EJ POWERHNOSTI I PROHODQ]EJ ^EREZ \TU TO^KU.

149

Fx0(M0) (x ; x0) + Fy0(M0) (y ; y0) + Fz0(M0) (z ; z0) = 0

uRAWNENIE KASATELXNOJ PLOSKOSTI IMEET WID

kOORDINATAMI WEKTORA NORMALI KASATELXNOJ PLOSKOSTI QWLQ@TSQ ZNA-

^ENIQ ^ASTNYH PROIZWODNYH FUNKCII F (x y z) W TO^KE M0(x0

y0 z0) :

~

 

F

0(M0)

F 0(M0)

F

0(M0)

 

 

:

 

 

 

 

N =

f

g

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

y

z

 

 

 

 

 

 

 

 

eSLI POWERHNOSTX ZADANA W QWNOM WIDE z = z(x y) TO WEKTOR NORMALI

KASATELXNOJ PLOSKOSTI BUDET IMETX KOORDINATY

 

 

 

~

 

 

z0 (M0)

z0 (M0)

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N =

f

;

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I URAWNENIE KASATELXNOJ PLOSKOSTI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z0 (M0)

 

(x

;

x0) + z0 (M0)

 

(y

;

y0) = (z

;

z0):

 

x

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o P R E D E L E N I E.

nORMALX@

K POWERHNOSTI W TO^KE M0(x0

y0 z0)

NAZYWAETSQ PRQMAQ, PROHODQ]AQ ^EREZ TO^KU KASANIQ, PERPENDIKULQRNO KA-

SATELXNOJ PLOSKOSTI.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nAPRAWLQ@]IM WEKTOROM NORMALI QWLQETSQ WEKTOR NORMALI KASA-

TELXNOJ PLOSKOSTI. nORMALX K POWERHNOSTI, ZADANNOJ NEQWNO, OPRE- DELQETSQ URAWNENIEM

 

 

x ; x0

=

y

; y0

=

 

z

; z0

 

 

 

Fy0

 

Fz0

 

Fx0 (M0)

 

 

(M0)

 

 

(M0)

 

A W SLU^AE QWNOGO ZADANIQ POWERHNOSTI URAWNENIE NORMALI

 

x

; x0

=

y

; y0

= z

; z0 :

 

 

zx0

zy0

 

 

(M0)

 

(M0)

;1

 

 

 

sOSTAWITX URAWNENIE KASATELXNOJ PLOSKOSTI I NORMALI K POWERH-

NOSTI 3x2 + 5y2 + 2z2 = 41 W TO^KE M0(1 2 3):

nAHODIM ^ASTNYE PROIZWODNYE FUNKCII

F (x y z) = 3x

2

+ 5y

2

+ 2z

2

; 41

I WY^ISLQEM IH W TO^KE

M0:

 

 

 

F 0

= 6x F 0 (M0) = 6

 

F 0 = 10y F 0(M0) = 20

 

x

 

x

 

 

 

 

y

y

 

Fz0

= 4z Fz0

(M0) = 12:

 

 

 

 

tAKIM OBRAZOM, WEKTOR NORMALI IMEET KOORDINATY

 

 

~

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

N = f6 20 12g

 

ILI N = f3 10 6g:

 

zAPISYWAEM URAWNENIE KASATELXNOJ PLOSKOSTI

 

 

3 (x ;1) + 10 (y ;2) +6 (z ;3) = 0 ) 3x + 10y + 6z ;41 = 0:

uRAWNENIE NORMALI

 

x ;

1 = y ; 2

= z ; 3:

 

 

 

 

 

 

3

 

10

6

 

150

4.3.2. |KSTREMUM FUNKCII DWUH PEREMENNYH

pUSTX FUNKCIQ z = f(x y) OPREDELENA W NEKOTOROJ OBLASTI (D), A

M0(x0 y0) - WNUTRENNQQ TO^KA \TOJ OBLASTI.

o P R E D E L E N I E. tO^KA M0(x0 y0) NAZYWAETSQ TO^KOJ MAK-

SIMUMA FUNKCII z =

f(x

y),

ESLI ZNA^ENIE FUNKCII W \TOJ TO^KE

QWLQETSQ NAIBOLX[IM ZNA^ENIEM FUNKCII W NEKOTOROJ OKRESTNOSTI TO^KI

M0(x0 y0) :

f(x0 y0) f(x y):

o P R E D E L E N I E.

tO^KA M0(x0 y0) NAZYWAETSQ TO^KOJ MINI-

MUMA FUNKCII z = f(x y),

ESLI ZNA^ENIE FUNKCII W \TOJ TO^KE QW-

LQETSQ NAIMENX[IM ZNA^ENIEM FUNKCII W NEKOTOROJ OKRESTNOSTI TO^KI

M0(x0 y0):

f(x0 y0) f(x y):

 

 

oTMETIM, ^TO W OKRESTNOSTI TO^EK \KSTREMUMA POLNOE PRIRA]ENIE

FUNKCII SOHRANQET SWOJ ZNAK.

 

 

 

nEOBHODIMYJ PRIZNAK \KSTREMUMA

dLQ TOGO, ^TOBY FUNKCIQ z = f(x

y) IMELA W TO^KE M0(x0 y0) \KSTRE-

MUM, NEOBHODIMO, ^TOBY EE ^ASTNYE PROIZWODNYE PERWOGO PORQDKA LIBO

RAWNQLISX NUL@, LIBO NE SU]ESTWOWALI W \TOJ TO^KE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

@x@z !M0

= 0

(1

NE

SU]ESTWUET )

 

 

>

 

 

 

 

(?)

 

 

<

@y@z !

= 0

(1

NE

SU]ESTWUET:)

 

 

>

 

 

M0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, : , - tO^KI W KOTORYH WYPOLNQ@TSQ NEOBHODIMYE USLOWIQ \KSTREMUMA NA

ZYWA@TSQ KRITI^ESKIMI TO^KAMI FUNKCII I TOLXKO W NIH FUNKCIQ MOVET PRINIMATX \KSTREMALXNYE ZNA^ENIQ.

dOSTATO^NYE USLOWIQ \KSTREMUMA

pUSTX W TO^KE M0(x0 y0) WYPOLNENY NEOBHODIMYE USLOWIQ \KSTREMUMA (?): nAJDEM WSE WTORYE ^ASTNYE PROIZWODNYE FUNKCII I OBOZNA^IM IH ZNA^ENIQ W \TOJ TO^KE

a11

= 0

@2z

1

a12

= 0

@2z

1

 

a22

= 0

@2z

1

:

2

 

 

2

 

@

@x

AM0

 

@

@x@yAM0

 

@

@y

 

AM0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

151

sFORMULIRUEM DOSTATO^NYE USLOWIQ \KSTREMUMA.

 

eSLI

 

2

 

TO FUNKCIQ IMEET W TO^KE

1:

a11a22 ; a12 > 0

 

 

 

 

 

M0(x0 y0) \KSTREMUM PRI^EM :

 

a)

ESLI

a11 < 0

; W

TO^KE

max

 

b)

ESLI

a11 > 0 ; W

 

TO^KE

min:

2: eSLI

a11a22 ; a122 < 0 TO FUNKCIQ NE IMEET W TO^KE

 

M0(x0 y0) \KSTREMUMA:

 

 

3: eSLI

a11a22 ; a122

= 0 TO WOPROS O SU]ESTWOWANII

\KSTREMUMA NE RE[EN TREBU@TSQ DOPOLNITELXNYE ISSLEDOWANIQ:

zADA^A 5. iSSLEDOWATX NA \KSTREMUM FUNKCII

1: z = x2 + xy + y2 ; 4x + y ; 6:

1)fUNKCIQ OPREDELENA DLQ WSEH ZNA^ENIJ PEREMENNYH x I y:

2)nAHODIM ^ASTNYE PROIZWODNYE PERWOGO PORQDKA I SOSTAWLQEM SISTE- MU DLQ OPREDELENIQ KOORDINAT TO^EK, W KOTORYH WOZMOVEN \KSTREMUM

 

z0

 

= 2x + y 4

 

z0

= x + 2y

+ 1:

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z0 = 0

 

 

 

 

;2x + y 4 = 0

 

 

x = 3

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

8 z0 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

8 y = 2

 

 

 

 

 

 

 

8 x + 2y + 1 = 0

 

 

 

 

 

<

y

 

 

 

 

<

 

 

 

 

 

<

 

;

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

tAKIM OBRAZOM,

NAJDENA KRITI^ESKAQ (ILI STACIONARNAQ) TO^KA

M0(3

;2):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) nAHODIM ^ASTNYE PROIZWODNYE WTOROGO PORQDKA I WY^ISLQEM IH W

TO^KE

M0(3 ;2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a11 = 0

@2z

1

= 2 a12

= 0

 

@2z

1

= 1 a22

= 0

@2z

1

= 2:

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

@

@x

 

AM0

 

 

@

 

@x@yAM0

 

 

@

@y

 

AM0

w DANNOM SLU^AE KOORDINATY TO^KI NE PONADOBILISX, TAK KAK PROIZ-

WODNYE WTOROGO PORQDKA { POSTOQNNYE ^ISLA.

 

 

 

 

 

 

 

sOSTAWLQEM WYRAVENIE a11a22

; a122 = 2 2 ; 12 = 3 > 0:

 

 

 

oTME^AEM, ^TO \KSTREMUM SU]ESTWUET I, TAK KAK, PRI \TOM a11 > 0

{ W TO^KE M0(3

 

;2) ; min:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zNA^ENIE FUNKCII W TO^KE: zmin = z(3 ;2) = ;13:

 

 

 

 

 

152

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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