А.Н.Шерстнев - Математический анализ
..pdfdifferencirowanie otobravenij
x75. kASATELXNOE OTOBRAVENIE I EGO SWOJSTWA
1. pUSTX E I F | EWKLIDOWY PROSTRANSTWA NAD POLEM I ( E) | OTKRYTOE MNOVESTWO. oTOBRAVENIE f : ! F NAZYWAETSQ DIFFE- RENCIRUEMYM W TO^KE x 2 , ESLI SU]ESTWUET LINEJNOE OTOBRAVENIE
! F TAKOE, ^TO
(1) |
|
|
|
f (x + h) , f (x) = Lx h + o(h) |
(h ! ): |
faSIMPTOTI^ESKOE RAWENSTWO r(h) = o(h) |
(h ! ) OZNA^AET, ^TO |
||||
h!0 |
kkhkk |
|
g |
|
|
lim |
r(h) |
= 0. |
|
|TO LINEJNOE OTOBRAVENIE NAZYWAETSQ DIFFERENCIALOM |
ILI KASATELXNYM OTOBRAVENIEM, ILI PROIZWODNOJ FUNKCII f W TO^KE x. oTOBRAVENIE Lx OBOZNA^AETSQ TAKVE SIMWOLAMI df (x); f0 (x).
2. z A M E ^ A N I E. w ^ASTNOSTI, DLQ FUNKCII f : ! C ( C ), PRIHODIM K OPREDELENI@ PROIZWODNOJ FUNKCII ODNOGO KOMPLEKSNOGO PEREMENNOGO; \TA PROIZWODNAQ W TO^KE z0 2 MOVET BYTX WY^ISLENA S POMO]X@ PRIWY^NOJ FORMULY
f0(z0) = lim 1 [f (z0 + h) , f (z0)]:
h!0 h
pOLEZNO POMNITX, ^TO \TO | LINEJNOE OTOBRAVENIE IZ C W C , DEJSTWU@-
]EE PO FORMULE f0(z0)(h) = f0(z0) h (h 2 C ).
oTMETIM \LEMENTARNYE SWOJSTWA KASATELXNOGO OTOBRAVENIQ, WYTEKA- @]IE IZ EGO OPREDELENIQ.
3. eSLI OTOBRAVENIE f DIFFERENCIRUEMO W TO^KE x, TO SOOTWET- STWU@]EE KASATELXNOE OTOBRAVENIE OPREDELENO ODNOZNA^NO.
pUSTX NARQDU S (1) IMEET MESTO RAWENSTWO
(2) |
f (x + h) , f(x) = Lh + o(h) (h ! ); |
GDE L | E]•E ODNO LINEJNOE OTOBRAVENIE IZ E W F . pOLOVIM A = L ,Lx. wY^ITAQ (1) IZ (2), IMEEM Ah = o(h) (h ! ). tOGDA DLQ PROIZWOLXNOGO
121
y |
2 |
E POLU^AEM Ay = lim |
1 |
A(ty) = lim o(ty) |
= (t |
2 |
R | ^ISLOWOJ |
||
|
|||||||||
|
t!0 t |
t!0 |
t |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
PARAMETR). iTAK, A = 0, TO ESTX L = Lx: |
|
> |
|
|
|
||||
|
|
|
|
4. eSLI OTOBRAVENIE f DIFFERENCIRUEMO W TO^KE x, TO ONO W \TOJ TO^KE NEPRERYWNO.
uTWERVDENIE SLEDUET IZ OCENKI (SM. 74.2)
kf (x + h) , f(x)k kf0(x)k khk + ko(h)k (h ! ): >
5.eSLI f : ! F POSTOQNNO, TO f0(x) = 0 (x 2 ).
6.wSQKOE LINEJNOE OTOBRAVENIE A : E ! F DIFFERENCIRUEMO W KAVDOJ TO^KE x 2 E, PRI^•EM A0(x) = A.
w SILU LINEJNOSTI A RAWENSTWO (1) PRIOBRETAET WID A(x + h) , Ax =
Ah (x; h 2 E): >
7.eSLI f; g DIFFERENCIRUEMY W TO^KE x, TO W \TOJ TO^KE DIFFE- RENCIRUEMY OTOBRAVENIQ f g; f ( 2 ), PRI^•EM
(f g)0(x) = f0(x) g0(x); ( f)0 (x) = f0(x):
8. [dIFFERENCIROWANIE SUPERPOZICII OTOBRAVENIJ]. pUSTX ZADANY OTOBRAVENIQ f : ! F; g : ! G ( E; F; f( ) ), PRI^•EM f DIFFERENCIRUEMO W TO^KE x 2 , A g DIFFERENCIRUEMO W TO^KE f (x) 2. tOGDA g f DIFFERENCIRUEMO W TO^KE x I
(g f )0(x) = g0(f (x)) f0(x):
sPRAWEDLIWA WYKLADKA
g(f(x + h)) , |
g(f (x)) = g(f(x) + [f (x + h) , f(x)]) , g(f(x)) |
||||||
= g0 |
(f (x))[f(x + h) , f (x)] + o(f(x + h) , f (x)) |
||||||
= |
g0 |
(f (x))(f0(x)h + o(h)) + o(f0 (x)h + o(h)) |
|||||
= g0 |
(f (x)) f0(x)(h) + g0(f(x))(o(h)) + o(h) (h ! ): |
||||||
|
|
g |
(f (x))(o(h)) |
o(h) |
|||
tEPERX IZ OCENKI |
k 0 |
khk |
k |
kg0(f (x))k kkhkk SLEDUET, ^TO |
|||
g f (x + h) , g f (x) = g0 (f (x)) f0 |
(x)(h) + o(h) (h ! ): |
|
> |
||||
|
122
u P R A V N E N I Q. 9. uBEDITESX, ^TO NIKAKAQ NORMA k k W EWKLIDOWOM PROSTRANSTWE E NE DIFFERENCIRUEMA W .
10. pUSTX f : E ! F OBLADAET SWOJSTWOM kf (x)k kxk2 (x 2 E). nAJDITE f0( ).
x76. ~ASTNYE PROIZWODNYE
dALEE W \TOM RAZDELE MY BUDEM ZANIMATXSQ DIFFERENCIALXNYMI SWOJ- STWAMI OTOBRAVENIJ ISKL@^ITELXNO W WE]ESTWENNYH EWKLIDOWYH PRO- STRANSTWAH.
1. pRISTUPAQ K NAHOVDENI@ \FFEKTIWNYH SPOSOBOW WY^ISLENIQ KASA- TELXNYH OTOBRAVENIJ, WWEDEM WAVNOE PONQTIE ^ASTNOJ PROIZWODNOJ DLQ
FUNKCIJ MNOGIH PEREMENNYH. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
pUSTX |
| |
|
OTKRYTOE MNOVESTWO W |
Rn |
; fe1; : : : ; eng |
| |
STANDARTNYJ |
|||||||||||||||||||
BAZIS W |
n |
|
! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
R |
; f : |
R | FUNKCIQ; j-J ^ASTNOJ PROIZWODNOJ FUNKCII f W |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
n |
) |
2 |
(OBOZNA^AETSQ |
|
@f |
(x0 ) ILI f0j |
(x0)) NAZYWA- |
||||||||||||
TO^KE x0 = (x |
; : : : ; x |
|
|
@xj |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|||||
ETSQ SLEDU@]IJ PREDEL, (ESLI ON SU]ESTWUET): |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
@f |
(x |
|
) = |
|
lim |
1 |
|
[f (x |
|
+ te |
) |
, |
f (x |
|
)] |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
@xj |
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
0 |
|
|
t!0 |
|
|
|
0 |
j |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
= |
|
lim |
1 |
|
[f (x1; : : : ; xj + t; : : : ; xn) |
, |
f(x1; : : : ; xj |
; : : : ; xn)]; |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
t |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
t!0 |
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
TO ESTX @x@fj (x0 ) | \TO PROIZWODNAQ FUNKCII f (x10; : : : ; xj; : : : ; xn0 ) ODNOGO
PEREMENNOGO xj W TO^KE xj0 (PRI FIKSIROWANNYH OSTALXNYH PEREMENNYH). oTS@DA SLEDUET, ^TO ^ASTNAQ PROIZWODNAQ OPREDELENA ODNOZNA^NO (KOLX SKORO ONA SU]ESTWUET).
|
0; |
ESLI x = 0 ILI y = 0, |
|
|||||
2. p R I M E R. pUSTX f(x; y) = 1; |
W PROTIWNOM SLU^AE, |
|
||||||
((x; y) 2 R2). tOGDA |
@f |
(0; 0) = |
@f |
(0; 0) = 0. |
|
|||
@x |
@y |
|
||||||
x77. mATRICA qKOBI |
|
|
|
|||||
pUSTX |
STANDARTNYE BAZISY W PROSTRAN |
|
||||||
1. n |
mfe1; : : : ; eng; ff1; : : : ; fmg | |
m |
|
- |
||||
STWAH R |
I R SOOTWETSTWENNO I ' : ! R |
, GDE | NEKOTOROE OTKRYTOE |
123
MNOVESTWO W Rn. oTOBRAVENIE ' OPREDELENO SISTEMOJ m SWOIH KOORDI-
NATNYH FUNKCIJ 'i |
(1 i m) n PEREMENNYH (SM. 66.5): |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(x = (x1; : : : ; xn) 2 ): |
||||||||||||||
|
|
|
'(x1; : : : ; xn) = |
i=1 |
'i (x1; : : : ; xn)fi |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pUSTX ' DIFFERENCIRUEMO W TO^KE x |
2 |
: '(x + h) |
, |
'(x) = '0 (x)h + |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
o(h) |
(h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
! |
). wY^ISLIM MATRICU [di ] KASATELXNOGO OTOBRAVENIQ '0(x). |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
72.1) ZAMETIM, ^TO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
dLQ \TOGO (S U^ETOM• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
'0 (x)ej |
= |
lim |
1 |
'0(x)(tej) = lim |
1 |
['(x + tej ) |
, |
'(x) + o(t)] |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
t!0 |
t |
|
|
|
|
|
|
|
t!0 |
t |
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
= |
lim |
1 |
['(x + tej ) |
, |
'(x)] = lim |
|
|
1 |
['i(x |
+ tej ) |
, |
'i(x)]fi |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
t!0 |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t!0 i=1 |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
= |
i=1 |
@' |
(x)fi |
(1 j n): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
@xj |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|||||
iTAK dij = |
@' |
(x). mATRICA ^ASTNYH PROIZWODNYH |
@' |
(x) |
NAZYWAET- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
@xj |
@xj |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SQ MATRICEJ qKOBI |
|
OTOBRAVENIQ '0(x). pOLU^EN \FFEKTIWNYJ SPOSOB |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
WY^ISLENIQ KASATELXNOGO OTOBRAVENIQ (ESLI ONO SU]ESTWUET). oTMETIM |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
WAVNYE ^ASTNYE SLU^AI. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
2. [pROIZWODNAQ FUNKCII n PEREMENNYH]. pUSTX f (x) (x 2 |
) | FUNK- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CIQ n PEREMENNYH. mATRICA qKOBI f0 (x) QWLQETSQ TOGDA (n |
1)-MATRICEJ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
@f |
(x); : : : ; |
|
@f |
(x) , A ZNA^ENIE DIFFERENCIALA FUNKCII f NA SME]ENII |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
n |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
@x |
|
|
|
|
@x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
@f |
|
|
|
|
|||||
h = (dx1; : : : ; dxn) WY^ISLQETSQ PO FORMULE df (x) = n |
|
|
(x)dxj: |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
j |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j=1 @x |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. [pROIZWODNAQ WEKTOR-FUNKCII]. |
pUSTX |
WEKTOR-FUNKCIQ x(t) = |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(x1(t); : : : ; xm(t)) (t |
2 |
|
|
R) DIFFERENCIRUEMA W TO^KE t |
|
2 |
. tOGDA |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x10(t) |
3 | (1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
MATRICA qKOBI DLQ x0 |
(t) = 2 |
: : : |
|
m)-MATRICA. dIFFERENCI- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 xm0(t) 7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AL \TOJ WEKTOR-FUNKCII, SOOTWETSTWU@]IJ SME]ENI@ dt, RAWEN dx(t) = (x10(t)dt; : : : ; xm0(t)dt).
4. [fORMULA POLNOJ PROIZWODNOJ]. pUSTX SKALQRNAQ FUNKCIQ g(t) = f (x1(t); : : : ; xn (t)) (t 2 R) | SUPERPOZICIQ FUNKCII f n PEREMEN- NYH I WEKTOR-FUNKCII x(t) (SO ZNA^ENIQMI W Rn ). w PREDPOLOVENII, ^TO
124
DIFFERENCIROWANIE WOZMOVNO: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
g0(t) = |
d |
f(x1(t); : : : ; xn(t)) = |
n |
@f |
(x(t))xj0 |
(t): |
|
||||||||||||
|
X |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
@xj |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j=1 |
|
|
|
|
||||||
w SILU 75.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
x10(t) |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
@f |
|
|
|
@f |
|
|||||||
g0(t) = f0(x(t)) x0(t) = |
(x(t)); : : : ; |
(x(t)) |
: : : |
||||||||||||||||
1 |
n |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
@x |
|
|
@x |
6 xn0(t) |
7 |
||||||||
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
= |
P |
@f |
(x(t))xj0(t): |
|
> |
|
|
|
|
|
4 |
|
5 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
j |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
@x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
j=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. [aRIFMETI^ESKIE SWOJSTWA PROIZWODNOJ FUNKCIJ MNOGIH PEREMEN-
NYH]. pUSTX f; g : ! R ( Rn) DIFFERENCIRUEMY W x 2 . tOGDA W \TOJ TO^KE DIFFERENCIRUEMY FUNKCII f g; f=g (ESLI g(x) 6= 0), PRI^•EM
(f g)0 (x) = g(x)f0(x) + f (x)g0(x); |
|||||
|
f |
|
|
1 |
|
(g )0 (x) = |
g2 |
(x)[g(x)f0(x) , f (x)g0(x)]: |
|TI FORMULY MOVNO POLU^ITX WYKLADKAMI, ANALOGI^NYMI SKALQRNOMU SLU^A@ (30.1). s CELX@ ILL@STRACII RAZWITOJ TEHNIKI MY PRIWEDEM DRU- GOJ WYWOD (OGRANI^IMSQ PERWOJ FORMULOJ). oTOBRAVENIE x ! f (x)g(x) PREDSTAWIM KAK SUPERPOZICI@ DWUH OTOBRAVENIJ: f (x)g(x) = (x) (x 2), GDE : R2 ! R DEJSTWUET PO FORMULE (u; v) = uv (u; v 2 R), A OTOBRA- VENIE : ! R2 | PO FORMULE (x) = ff(x); g(x)g. pODS^ITAEM MAT-
RICY qKOBI \TIH OTOBRAVENIJ: 0(u; v) = [v; u]; 0(x) = f00(x) g (x)
QWLQETSQ (n 2)-MATRICEJ, SOKRA]•ENNO ZAPISANNOJ KAK (1 2)-MATRICA). w SILU 75.8 IMEEM
|
|
|
(f g)0(x) = 0( (x)) 0 |
|
|
|
f0 (x) |
||||||||
|
|
|
(x) = [ g(x); f (x) ] g0(x) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= g(x)f0(x) + f (x)g0(x): |
|
> |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
6. p R I M E R. pUSTX ' : |
R2 |
!x |
R2 ZADANO KOORDINATNYMI FUNKCIQ- |
||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
x |
|
2 |
|
|
sin y ((x; y) |
2 |
2 |
||
MI ' (x; y) = e |
|
cosy; ' |
(x; y) = e |
R ), TO ESTX '(x; y) = |
|||||||||||
(e |
x |
|
x |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||
|
cos y; e sin y) ((x; y) |
R ). mATRICA qKOBI OTOBRAVENIQ ' IMEET WID |
|||||||||||||
'0(x; y) = |
ex cos y |
ex2siny |
. |
|
|
|
|
|
|||||||
e |
x |
|
|
|
,x |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
sin y |
e cos y |
|
|
|
|
|
|
125
x78. uSLOWIQ DIFFERENCIRUEMOSTI OTOBRAVENIJ
mY NAU^ILISX WY^ISLQTX MATRICU KASATELXNOGO OTOBRAVENIQ W PRED- POLOVENII EGO SU]ESTWOWANIQ. pOLU^IM USLOWIQ, PRI KOTORYH MATRICA ^ASTNYH PROIZWODNYH OPREDELQET KASATELXNOE OTOBRAVENIE. nA^NEM• S FUNKCIJ n PEREMENNYH.
1. pUSTX : ! R ( Rn), I WSE ^ASTNYE PROIZWODNYE @x@ k (1
k n) OPREDELENY W NEKOTOROJ OKRESTNOSTI TO^KI x 2 I NEPRERYWNY W SAMOJ TO^KE x. tOGDA DIFFERENCIRUEMO W x.
dLQ NAGLQDNOSTI OGRANI^IMSQ SLU^AEM n = 3: w SILU PREDPOLOVENIJ SPRAWEDLIWA WYKLADKA
(x1 + h1; x2 + h2; x3 + h3) |
|
|
|
|
(x1; x2; x3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
= (x1 + h1; x,2 + h2; x3 + h3) , |
|
|
(x1; x2 + h2; x3 + h3 ) |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
+ (x1; x2 + h2; x3 + h3) |
,1 |
|
|
(x1; x2; x3 + h3 ) |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
; x |
3 |
+ h |
3 |
) |
|
|
|
2 |
3 |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
+ (x |
; x |
|
|
(x |
; x ; x |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
= 0 1 |
|
|
1 |
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
3, |
3 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
(x ; x |
|
|
+ h |
; x + h )h + o(h ) |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ 0 2 |
(x1; x2; x3 + h3)h2 + o(h2 ) + 0 3 |
(x1 |
; x2; x3)h3 + o(h3 ) |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0 1 |
(x1; x2 + h2; x3 + h3)h1 + 0 |
2 (x1 |
; x2; x3 + h3)h2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
+ 0 3 |
(x1; x2; x3 )h3 + o(h) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
= |
3x |
|
|
0 i (x1; x2; x3)hi + r(h); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
i=1 |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
GDE |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r(h) = [ 0 |
|
1 |
(x1; x2 + h2; x3 + h3 ) |
|
0 |
1 |
(x1; x2; x3)]h1 |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x |
|
1 2 3 |
|
|
|
|
3 |
, |
|
|
|
, 1x |
2 3 |
2 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
x |
2 |
(x ; x ; x + h ) |
|
x |
(x ; x ; x )]h + o(h) |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
+ [ 0 |
|
|
|
0 |
2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
= o(h) (h |
! |
): |
|
> |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
sFORMULIRUEM TEPERX OB]EE UTWERVDENIE. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
2. pUSTX '1; : : :; 'm |
|
|
| KOORDINATNYE |
|
FUNKCII |
OTOBRAVENIQ |
||||||||||||||||||||||||||||
|
! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
2 |
|
|
' : |
|
Rm ( |
|
Rn). ~TOBY ' BYLO DIFFERENCIRUEMYM W TO^KE x |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
NEOBHODIMO, ^TOBY BYLA OPREDELENA MATRICA |
|
@' |
(x) , |
I DOSTATO^NO, |
||||||||||||||||||||||||||||||
@xj |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
^TOBY \TA MATRICA BYLA OPREDELENA W NEKOTOROJ OKRESTNOSTI TO^KI |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x I WSE ^ASTNYE PROIZWODNYE |
@' |
BYLI W \TOJ TO^KE NEPRERYWNYMI. |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
j |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
@x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nEOBHODIMOSTX USTANOWLENA WY[E (77.1). dOKAVEM DOSTATO^NOSTX. pUSTX
m
f1; : : :; fm | STANDARTNYJ BAZIS W Rm I '(y) = P 'i (y)fi (y 2 ). w SI-
i=1
126
LU P. 1 KOORDINATNYE FUNKCII 'i DIFFERENCIRUEMY W x |
, TAK ^TO |
|||||||||||
'i(x + h) , 'i (x) = 'i0(x)h + o(h) (h ! ). sLEDOWATELXNO, 2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
m |
|
|
m |
|
|
|||
|
|
'(x + h) , '(x) = i=1['i0(x)h + o(h)]fi = i=1('i0(x)h)fi |
+ o(h) |
|||||||||
|
|
|
|
P |
|
|
P |
|
|
|||
|
|
|
|
= '0(x)h + o(h) (h ! |
); |
|
|
|
|
|||
GDE '0(x) | LINEJNOE OTOBRAVENIE IZ Rn W Rm, OPREDELENNOE• |
MATRICEJ |
|||||||||||
|
i |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
@' |
(x) : |
|
> |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
@xj |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
3. z A M E ^ A N I E. w 76.2 MATRICA |
@f |
( ); |
|
@f |
( ) OPREDELENA. oDNAKO |
||||||
|
@x |
@y |
f NE DIFFERENCIRUEMA W , IBO ONA W DAVE RAZRYWNA. tAKIM OBRAZOM, SU]ESTWOWANIE MATRICY qKOBI NE QWLQETSQ DOSTATO^NYM USLOWIEM DIF- FERENCIRUEMOSTI FUNKCII.
x79. kASATELXNAQ PLOSKOSTX
1. pUSTX POWERHNOSTX (S) W R3 OPISYWAETSQ URAWNENIEM
( ) |
z = f (x; y) |
((x; y) 2 R2): |
|
|
||
pLOSKOSTX |
( ) NAZYWAETSQ |
KASATELXNOJ K POWERHNOSTI |
(S) W TO^KE |
|||
a0 2 (S), |
ESLI RASSTOQNIE |
d(a; ( )) |
OT PEREMENNOJ TO^KI |
a 2 (S) |
DO |
|
|
|
|
||||
PLOSKOSTI |
( ) UDOWLETWORQET ASIMPTOTI^ESKOMU RAWENSTWU d(a; ( )) = |
o(ka , a0k) (a ! a0; a 2 (S)).
2. pUSTX f DIFFERENCIRUEMA W TO^KE (x0; y0). tOGDA POWERHNOSTX (S), OPISYWAEMAQ URAWNENIEM ( ), OBLADAET EDINSTWENNOJ KASATELXNOJ PLOSKOSTX@ ( ) W TO^KE a0 = (x0; y0; z0):
z, z0 = fx0 (x0; y0)(x , x0) + fy0 (x0; y0)(y , y0 ):
iZ KURSA ANALITI^ESKOJ GEOMETRII IZWESTNO, ^TO
d(a; ( )) = M1 jz , z0 , fx0 (x0; y0)(x , x0) , fy0 (x0; y0 )(y , y0 )j;
GDE a = (x; y; z) 2 (S); M = h1 + fx0 (x0; y0 )2 + fy0 (x0; y0 )2i1=2 . tAK KAK f
DIFFERENCIRUEMA W (x0; y0), IMEEM d(a; ( )) = o([(x , x0)2 + (y , y0)2]1=2) (a ! a0). sLEDOWATELXNO,
127
lim |
d(a; ( )) |
|
= lim |
|
|
d(a; ( )) |
|
|
|
|
|
|
|
ka , a0k |
|
, |
x0)2 + (y |
, |
y0)2 ]1=2 |
|
|
|
|||||
a!a0 |
a!a0 |
[(x |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
[(x , x0 )2 + (y , y0)2]1=2 |
= 0: |
|
> |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ka , a0k |
|
|
|
|
kASATELXNAQ PLOSKOSTX EDINSTWENNA (!!). |
|
|
|
|
|
||||||||
x80. nEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMYE OTOBRAVENIQ |
|
|
|
||||||||||
1. pUSTX E |
I F |
| |
EWKLIDOWY |
PROSTRANSTWA, A OTOBRAVENIE |
f: ! F ( E) DIFFERENCIRUEMO W KAVDOJ TO^KE OTKRYTOGO MNOVES- TWA . tOGDA OPREDELENO OTOBRAVENIE f0 : ! L(E; F ), SOPOSTAWLQ@]EE KAVDOJ TO^KE x 2 KASATELXNOE OTOBRAVENIE f0(x) 2 L(E; F ). oTOBRA- VENIE f0 ESTESTWENNO NAZWATX (PO ANALOGII S 29.4) PROIZWODNOJ FUNKCII
fW OBLASTI .
2.oTOBRAVENIE f NAZYWAETSQ NEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMYM W ,
ESLI OTOBRAVENIE f0 : ! L(E; F ) NEPRERYWNO:
8x 2 8" > 0 9 > 0 8y 2 (kx , yk <
(ZDESX kf0 (x),f0(y)k OZNA^AET NORMU LINEJNOGO OTOBRAVENIQ f0(x),f0(y) (SM. 74.1)).
3. eSLI OTOBRAVENIE f NEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMO, TO OTOBRA-
VENIE x ! kf0(x)k NEPRERYWNO. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|TO SLEDUET IZ OCENKI j kf0 (x)k , kf0(y)kj kf0(x) , f0(y)k: |
|
> |
|||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||
|
4. oTOBRAVENIE f : |
! |
Rm |
|
( |
|
Rn ) NEPRERYWNO DIFFERENCIRU- |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
||||
EMO W TTOGDA WSE ^ASTNYE PROIZWODNYE |
|
@f |
|
(fi | KOORDINATNYE |
|||||||||||||||
|
j |
||||||||||||||||||
FUNKCII f ) NEPRERYWNY W . |
|
|
|
|
|
|
|
|
@x |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
nEOBHODIMOSTX. pUSTX f NEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMO W . w SILU |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
@fi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
78.2 WSE ^ASTNYE PROIZWODNYE |
|
@x |
j |
OPREDELENY W . iH NEPRERYWNOSTX |
|||||||||||||||
SLEDUET IZ OCENKI |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
i |
i |
|
|
|
i |
|
|
|
i |
2 |
3 |
1=2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
@x@fj (x) , @x@fj (y) 2 |
i;j |
|
@x@fj (x) , @x@fj (y) |
|
|
= kf0(x) , f0(y)ke: |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
||
|
dOSTATO^NOSTX. 4X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
sOGLASNO 78.2 IZ NEPRERYWNOSTI W WSEH ^ASTNYH |
PROIZWODNYH SLEDUET DIFFERENCIRUEMOSTX f W KAVDOJ TO^KE . pUSTX
128
x 2 |
I " > 0 PROIZWOLXNO. iZ NEPRERYWNOSTI |
@fi |
||||||||
@xj |
||||||||||
|
|
|
i |
|
|
i |
|
|
||
^TO SU]ESTWUET ij > 0 TAKOE, ^TO |
@f |
(x) , |
@f |
(y) |
||||||
@xj |
@xj |
|||||||||
pOLAGAQ = min ij, POLU^IM DLQ L@BOGO y |
|
|
B (x) |
|
||||||
|
i;j |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W TO^KE x SLEDUET,
< " (y 2 B (x)). nm ij
kf0(x) , f0 (y)k kf0 (x) , f0 (y)ke = 2 i;j |
i |
i |
2 |
3 |
1=2 |
|
|
|||
@x@fj (x) , @x@fj |
(y) |
< ": |
|
> |
||||||
|
||||||||||
|
||||||||||
|
|
|
4X |
|
|
|
5 |
|
|
|
5. z A M E ^ A N I E. nA WEKTOR-FUNKCII ESTESTWENNO OBOB]AETSQ PO- |
||||||||||
NQTIE GLADKOSTI (53.1{2). nEPRERYWNAQ WEKTOR-FUNKCIQ f |
: [a; b] ! Rm |
|||||||||
NAZYWAETSQ GLADKOJ, |
ESLI ONA NEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMA NA [a; b] I |
|||||||||
SU]ESTWU@T PREDELY |
lim |
f0(t); |
lim f0(t). wEKTOR-FUNKCIQ f |
NAZYWAETSQ |
||||||
|
t!a+ |
|
t!b, |
|
|
|
|
|
|
|
NEPRERYWNOJ KUSO^NO-GLADKOJ, ESLI ONA NEPRERYWNA I SU]ESTWUET RAZLO-
VENIE (a = t0 < t1 < : : : < tn = b) TAKOE, ^TO f GLADKAQ NA KAVDOM OTREZKE [tj,1; tj ].
x81. iNTEGRAL OT NEPRERYWNOJ WEKTOR-FUNKCII
1. pUSTX f (t) = (f1 (t); : : : ; fm (t)) (a t b) | NEPRERYWNAQ WEKTOR- FUNKCIQ SO ZNA^ENIQMI W Rm. wSE KOORDINATNYE FUNKCII fi QWLQ@TSQ TOGDA OBY^NYMI NEPRERYWNYMI FUNKCIQMI NA OTREZKE [a; b]. iNTEGRALX- NOJ SUMMOJ rIMANA WEKTOR-FUNKCII f NAZYWAETSQ SUMMA
|
|
|
|
n |
(tj , tj,1 )f( j ) (2 Rm ); tj,1 j tj ; |
|
|||
|
|
S = |
X |
|
|||||
|
|
|
|
j=1 |
|
|
|
|
|
GDE (a = t0 |
< t1 < : : : < tn |
= b) | RAZLOVENIE [a; b]. nETRUDNO WI- |
|||||||
DETX |
, |
^TO DLQ NEPRERYWNOJ WEKTOR FUNKCII SU]ESTWUET PREDEL |
lim S , |
||||||
|
|
|
|
|
|
- |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
d( )!0 |
|
KOTORYJ ESTESTWENNO NAZWATX INTEGRALOM rIMANA WEKTOR-FUNKCII f PO |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
OTREZKU [a; b] I OBOZNA^ITX SIMWOLOM Za f(t) dt. tAKIM OBRAZOM, |
|
||||||||
|
|
b |
|
|
|
b |
b |
fm (t) dt! (2 Rm): |
|
|
|
Za |
f (t) dt = Za |
f1 (t) dt; : : : ; Za |
|
nA WEKTORNYE INTEGRALY PERENOSQTSQ MNOGIE OBY^NYE SWOJSTWA INTEG- RALA. oTMETIM DWA NUVNYH NAM SWOJSTWA.
129
|
2. |
dLQ NEPRERYWNOJ WEKTOR-FUNKCII f(t) (a t b) SU]ESTWUET |
||||||||||
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PERWOOBRAZNAQ WEKTOR-FUNKCIQ F (t) (a |
|
t |
|
b) TAKAQ, |
^TO dF (t) = |
|||||||
f (t)dt 3), PRI^•EM |
Za f(t) dt = F (b) , F (a). |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
b |
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
kZa f (t) dtk Za kf(t)k dt. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
iZ PREDPOLOVENIJ P. 2 KOORDINATNYE FUNKCII fi WEKTOR-FUNKCII f |
|||||||||||
|
|
i |
. wEKTOR-FUNKCIQ F (t) = (F |
1 |
(t); : : : ; F |
m |
(t)) |
|||||
OBLADA@T PERWOOBRAZNYMI F |
|
|
QWLQETSQ TOGDA ISKOMOJ PERWOOBRAZNOJ DLQ f (t). iNTEGRAL W PRAWOJ ^ASTI P. 3 SU]ESTWUET. sLEDOWATELXNO,
bf(t) dt |
= |
lim S |
k |
= |
lim |
|
|
n |
(tj |
, |
tj |
|
1 )f( j ) |
|||||
kZa |
k |
|
k d( )!0n |
|
d( )!0 k jP=1 |
b, |
|
|
k |
|||||||||
|
|
|
d( )!0 jP=1 k |
|
|
k |
, |
|
, |
|
|
Za |
k |
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
lim |
f( j ) (tj |
|
tj |
|
1) = |
|
|
|
f (t) |
|
dt: |
> |
x82. oCENO^NAQ FORMULA lAGRANVA
1. fORMULA lAGRANVA (KONE^NYH PRIRA]ENIJ) NE IMEET TO^NOGO ANA- LOGA W MNOGOMERNOM SLU^AE. |TOT FAKT SLEDUET IZ RASSMOTRENIQ SPIRALI W R3 S DOSTATO^NO PLOTNYMI WITKAMI (rIS. 18), KOTORAQ NI W ODNOJ TO^KE NE OBLADAET KASATELXNOJ, PARALLELXNOJ HORDE AB (SM. TAKVE NIVE P. 4). oDNAKO IMEET MESTO OCENO^NAQ FORMULA lAGRANVA:
2. pUSTX OTOBRAVENIE f : ! Rm ( Rn) NEPRERYWNO DIFFEREN- CIRUEMO W . pUSTX x 2 I h 2 Rn TAKOWY, ^TO fx +thj 0 t 1g . tOGDA SU]ESTWUET t0 2 [0; 1] TAKOE, ^TO
kf(x + h) , f (x)k kf0(x + t0h)k khk:
rASSMOTRIM WEKTOR-FUNKCI@ '(t) = f (x+th) (t 2 [0; 1]). iMEEM d'(t) = f0 (x + th)(h)dt, I W SILU 81.2
f(x + h) , f (x) = '(1) , '(0) = Z 1 f0(x + th)(h)dt:
0
3zDESX LEWAQ ^ASTX OPREDELENA W 77.3, A PRAWAQ PONIMAETSQ KAK PROIZWEDENIE SKALQRA-SME]ENIQ dt NA WEKTOR f(t), TO ESTX f(t)dt = (f1(t)dt,...,fm(t)dt).
130