Математика_8
.pdfТиповой пример |
|
|
|
|
|
|
|
|
u 3x y2 z e3y 2z, |
|
||||||||||||||
Дана функция трех переменных |
точка |
|||||||||||||||||||||||
M0 1; 2; 3 |
|
и вектор |
s 6; 8; 0 . |
Найти: |
1) градиент функции |
|||||||||||||||||||
u f x, y, z |
|
в точке |
|
M0; 2) производную функции u f x, y, z |
||||||||||||||||||||
в точке M0 по направлению вектора s. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1) Используем следующую форму записи: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
gradu M0 |
f M0 |
i |
f M0 |
|
j |
|
f M0 |
k, |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
y |
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
где |
|
f |
M0 |
, |
f |
M0 |
|
, |
f M0 |
|
– значения |
частных производных |
||||||||||||
|
|
x |
|
y |
|
|
z |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
функции u f x, y, z |
в точке M0 |
по переменным x, y, z, |
соот- |
|||||||||||||||||||||
ветственно. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Найдем частные производные функции u 3x y2 z e3y 2z . |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x e3y 2z 3x y2 z x |
3e3y 2z ; |
|
|
|
||||||||||||||
|
f |
3x y2 z |
|
|
e3y 2z 3x y2 z e3y 2z 3y 2z |
|
|
|||||||||||||||||
|
y |
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
2 y e3y 2z 3x y2 z 3e3y 2z 9x 3y2 3z 2 y e3y 2z ; |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
2z 3x y2 z |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
z |
3x y2 z z |
e3y |
e3y 2z z |
|
|
|
|||||||||||||||
=1 e3y 2z 3x y2 z e3y 2z 2 1 6x 2 y2 2z e3y 2z .
Вычислим значения частных производных в точке M0 1; 2; 3 :
31
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f M0 |
3e3 2 2 3 3, |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f M0 |
9 3 4 3 3 2 2 e3 2 2 3 |
16, |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f M0 |
|
|
|
|
1 |
|
2 4 2 3 |
|
e |
3 2 2 3 |
9. |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
1 6 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда, gradu M0 3i 16 j k. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
2) Производная функции u f x, y, z |
в точке M0 по направле- |
||||||||||||||||||||||||||||
нию вектора s |
вычисляется по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
u M0 |
|
|
f M0 |
cos |
|
f M0 |
cos |
f M0 |
cos , |
||||||||||||||||||
|
|
s |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
z |
|||||||
где |
f M0 |
3, |
f M0 |
|
16, |
|
|
f M0 |
|
9 – вычислены в преды- |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
x |
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
дущем задании этой задачи, а cos , cos , cos – направляющие ко-
синусы вектора s sx , sy , sz , |
которые вычисляются по формулам |
||||||||||||||||||||||||
cos |
|
|
|
|
sx |
|
|
|
cos |
|
|
|
sy |
cos |
|
sz |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
, |
|
|
, |
|
|
|
|
. |
||||||||||||
|
|
sx2 s2y sz2 |
sx2 s2y sz2 |
|
sx2 s2y |
sz2 |
|||||||||||||||||||
Для вектора s 6; 8; 0 |
они равны: cos |
|
6 |
|
|
6 ; |
|||||||||||||||||||
6 2 82 02 |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
||||||
cos |
|
|
8 |
; cos 0. |
Тогда производная функции по направлению |
||||||||||||||||||||
10 |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
вектора s в точке M0 равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
u M0 |
|
|
|
|
6 |
|
|
8 |
|
|
|
146 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
16 |
|
|
|
9 0 |
|
14,6. |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
s |
|
10 |
10 |
10 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поверхность уровня 3x y2 z e3y 2z 4 и градиент в точке M0 1; 2; 3 представлены на рисунке 16.
Рис. 16. Поверхность уровня и вектор-градиент в точке
6.Тест «Функции нескольких переменных»
1.Поставитьв соответствие функциисихграфиками (рис. 17–22)
а) |
f x, y |
|
x |
|
|
|
y |
|
, |
|
б) f x, y |
|
xy |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
г) f x, y x2 y2 |
2 |
|
|
||||||||||||||||
в) |
f x, y |
|
, |
|
, |
|||||||||||||||||||
1 x2 y2 |
|
|||||||||||||||||||||||
д) f x, y x y 2 , |
|
е) f x, y sin |
|
x |
|
|
|
y |
|
. |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
33
Рис. 17. График поверхности
Рис. 18. График поверхности
Рис. 19. График поверхности
34
Рис. 20. График поверхности
Рис. 21. График поверхности
Рис. 22. График поверхности
35
2. Поставить в соответствие функции с их картами линий уровня
(рис. 23–28).
а) |
f x, y |
|
x |
|
|
|
y |
|
, |
|
б) f x, y |
|
xy |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
г) f x, y x2 y2 |
2 |
|
|
||||||||||||||||
в) |
f x, y |
|
, |
|
, |
|||||||||||||||||||
1 x2 y2 |
|
|||||||||||||||||||||||
д) f x, y x y 2 , |
|
е) f x, y sin |
|
x |
|
|
|
y |
|
. |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
Рис. 23. Карта линий уровня
Рис. 24. Карта линий уровня
36
Рис. 25. Карта линий уровня
Рис. 26. Карта линий уровня
Рис. 27. Карта линий уровня
37
Рис. 28. Карта линий уровня
3. Какое из утверждений описывает область определения функции z 1 x2 y2 :
1)круг с центром в начале координат и радиусом, равным 1;
2)полуплоскость x, y x 0 ;
3)луч 0, y y 0 ;
4)полуплоскость x, y y 1 .
4. Частная производная xz функции z exy ln x2 y2 в точке
M0,2 равна ____.
5. Функция z y2 ln x ey удовлетворяет равенству вида:
1.z 2z 0,x x2
2.2z 2z 0,x2 x y
3. |
e y |
2 z |
|
|
2 z |
|
0, |
||||
x2 |
|
x y |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
4. |
e y |
z |
|
|
2 z |
|
0. |
||||
x |
x y |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
38
6. Полный дифференциал функции z arctg xy в точке 2,2 приx 0,1 и y 0,2 равен ____ (записать ответ).
7.Функция z x2 xy y2 имеет _____ критических точек (записать ответ).
8.Экстремум функции z 6x 2 y xy 2x2 y2 4 равен ____
(записать ответ).
9. Функция z ln x2 y2 |
в точке M 1,2 в направлении век- |
тора a 2i 4 j: |
|
1)возрастает;
2)убывает;
3)стационарна;
4)не определена.
10. Квадрат модуля градиента функции u x2 3x y2 2z2 в точке A 2,5, 2 равен ____ (записать ответ).
39
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Высшая математика для инженеров: в 2 т. / С. А. Минюк [и др.]; под общ. ред. Н. А. Микулик. – Минск : Элайда, 2004. – Т. 2.
2.Гусак, А. А. Высшая математика : учебник для студентов вузов : в 2 т. / А. А. Гусак. – 5-е изд. – Минск : ТетраСистемс, 2004. –
Т. 2.
3.Жевняк, Р. М. Высшая математика. Функции многих переменных. Интегральное исчисление функций одной и многих переменных. Векторный анализ : учебник / Р. М. Жевняк, А. А. Карпук. – Минск : Вышэйшая школа, 1993. – 411 с.
4.Индивидуальные задания по высшей математике : учебное пособие : в 4 ч. / А. П. Рябушко [и др.]; под общ. ред. А. П. Рябушко. – 3-е изд., испр. – Минск : Вышэйшая школа, 2007. – Ч. 2. – 350 с.
40
