
- •6. Дифференциальное исчисление функций нескольких переменных (14 часов)
- •1. Функции нескольких переменных
- •Определение 1
- •Пример 1
- •Пример 2
- •Пример 3
- •Определение 2
- •Определение 3
- •Теорема
- •Определение 1
- •Пример 1
- •Определение 2
- •Определение 3
- •Определение 4
- •Определение 5
- •Определение 6
- •Пример 2
- •Пример 3
- •Определение 7
- •Определение 8
- •Пример 4
- •Определение 1
- •Пример 1
- •Решение
- •Определение 2
- •Пример 2
- •Пример 3
- •Пример 4
- •Определение 3
- •Определение 4
- •Теорема 1
- •Доказательство
- •Определение 5
- •Определение 6
- •Пример 5
- •Теорема 2
- •Теорема 3
- •Определение 1
- •Определение 2
- •Пример 1
- •Решение
- •Пример 2
- •Решение
- •Пример 3
- •Решение
- •Теорема 1
- •Доказательство
- •Теорема 2
- •Пример 4
- •Решение
- •2.2. Дифференцируемая функция. Условия дифференцируемости
- •Определение 1
- •Теорема 1. (Необходимое условие дифференцируемости)
- •Доказательство
- •Следствие 1
- •Следствие 2
- •Пример
- •Теорема 2. (Достаточное условие дифференцируемости).
- •Доказательство
- •2.3. Производная сложной функции. Полная производная
- •Теорема 1
- •Доказательство
- •Пример 1
- •Решение
- •Следствие 1
- •Пример 2
- •Решение
- •Пример 3
- •Решение
- •3. Дифференциал функции нескольких переменных
- •3.1. Определение дифференциала функции нескольких переменных и его свойства. Инвариантность формулы дифференциала
- •Определение
- •Пример 1
- •Решение
- •Теорема 1
- •Пример 2
- •Решение
- •3.2. Геометрический смысл дифференциала функции двух переменных. Уравнение касательной плоскости и нормали к поверхности.
- •Теорема
- •Доказательство
- •Следствие 1
- •Следствие 2
- •Пример
- •Решение
- •3.3. Приближенные вычисления и оценка погрешностей
- •Пример
- •Решение
- •4. Частные производные и дифференциалы высших порядков функции нескольких переменных
- •Определение 1
- •Теорема 1
- •Пример 1
- •Решение
- •Определение 2
- •Теорема 2
- •Доказательство
- •Пример 2
- •Решение
- •Пример 3
- •Решение
- •5. Производные функций нескольких переменных, заданных неявно
- •Определение
- •Теорема 1
- •Доказательство
- •Пример 1
- •Решение
- •Пример 2
- •Решение
- •Пример 1
- •Решение
- •Определение
- •Теорема
- •Пример 2
- •Решение
- •6. Экстремум функции нескольких переменных
- •6.2. Экстремум функции двух переменных
- •Определение 1
- •Определение 2
- •Теорема 1
- •Доказательство
- •Следствие
- •Определение
- •Теорема2
- •Доказательство
- •Пример 1
- •Теорема 3
- •Доказательство
- •Пример 2
- •Решение
- •Пример
- •Решение
- •6.4. Наименьшее и наибольшее значения функции нескольких переменных
- •Теорема
- •Пример
- •Решение
- •6. Дифференциальное исчисление функций нескольких переменных (10 часов)

то есть дифференциал функции двух переменных равен приращению аппликаты касательной плоскости.
Пример
Напишите уравнения касательной плоскости и нормали к поверхности, заданной
уравнением z = ln(x + y2 )в точке (1,0). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частные |
производные |
заданной функции |
равны |
∂z |
= |
|
1 |
, |
∂z |
= |
2 y |
. |
|||
∂x |
x + y2 |
|
x + y2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
∂y |
|
|
|||||
Вычислим значения частных производных |
в |
точке (1,0): |
∂z |
(1,0)=1 , |
∂z |
(1,0)= 0 . |
|||||||||
|
|
(1,0) z0 = ln1 = 0 . |
|
|
|
∂x |
|
|
∂y |
|
|
|
|||
Значение функции в точке |
Тогда уравнение касательной плоскости |
||||||||||||||
имеет вид: |
z = 0 +1 (x −1)+ 0 (y −0), |
или |
z = x −1. |
|
|
Уравнение |
нормали: |
x 1−1 = 0y = −z1 .
3.3.Приближенные вычисления и оценка погрешностей
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
∂w |
(M0 ) |
|
|
|
|
|
|
|
Из определения дифференциала dw = ∑ |
xi |
функции нескольких переменных |
|||||||||||||
∂x |
||||||||||||||||
w = f (x1, x2,..., xi ,..., xn ) |
|
|
|
i=1 |
i |
|
|
|
|
|
||||||
следует важный вывод. В тех случаях, когда модули приращений |
||||||||||||||||
|
xi |
|
достаточно |
малы, |
можно |
заменять |
приращение |
функции |
в |
некоторой точке |
||||||
|
|
|||||||||||||||
|
M (x1 + x1, x2 + |
x2 ,..., xn + |
xn ) |
ее |
дифференциалом, |
так |
как |
они |
отличаются на |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
xi )2 . Погрешность, |
||
бесконечно малую более |
высокого |
порядка, чем |
ρ = |
∑( |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i =1 |
|
|
появляющаяся при такой замене, не превосходит ρ. Этим пользуются при вычислении приближенных значений дифференцируемых функций.
Пример
Вычислить приближенно 3,012 +3,982 .
Решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Рассмотрим функцию |
z = |
x2 + y2 . Необходимо вычислить ее значение в точке |
|||||||||||||||||
|
M (3,01;3,98). |
Представим |
|
z = z0 + z , |
где |
z0 = f (x0 , y0 ), |
x0 = 3, |
y0 = 4 . Тогда |
|||||||||||||
|
z0 = 5 . |
Теперь представим |
x = 3,01 = x0 + |
x |
и |
y = 3,98 = y0 + |
y . Так |
как |
|||||||||||||
|
x0 = 3 и y0 = 4 , то |
x = 0,01, |
а |
y = −0,02 . Поскольку |
x и |
y достаточно малы, то |
|||||||||||||||
заменим |
|
|
приращение |
|
|
|
функции |
|
|
z |
|
ее |
|
дифференциалом |
|||||||
dz = ∂z (x , |
y ) |
x + |
∂z |
(x , y |
|
) |
y . |
Для |
этого |
вычислим |
частные |
производные |
|||||||||
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
∂x |
0 |
0 |
|
∂y |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂z |
= |
x |
|
и |
∂z |
= |
|
|
y |
в |
точке |
(3, 4). |
Получим |
∂z |
(3, 4)= 0,6 |
и |
||||
|
∂x |
x2 + y2 |
|
∂y |
|
|
x2 + y2 |
|
|
|
|
|
|
∂x |
|
|
|||||
|
∂z |
(3, 4) |
= 0,8 . Тогда дифференциал в точке (3, 4) при |
x = 0,01 и |
y = −0,02 равен |
|
|||||||||||||||
|
∂y |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dz = 0,6 0,01 + 0,8 (−0,02)= 0,006 −0,016 = −0,01 .
24