
Диференціальне числення ФБЗ
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, ( * ( . . , " u = x2 + y2
(0,0) , ( (. (, "
lim |
f (0 + x, 0) |
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u = f ( x + x, y + y) − f ( x, y) . &
f ( x, y + y) , :
u = [ f ( x + x, y + y) − f ( x, y + y)] + [ f ( x, y + y) − f ( x, y)] .
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f ( x, y ) ' x |
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x → 0 , |
y → 0 . |
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y ) + α x + β y , |
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( ( x, y ) , ( ! ! |
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x = ( x1 , x2 ,..., xn ) . # ( , ": |
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23

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0, |
j ≠ 1, |
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u |
= |
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∂x j |
j = 1, |
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1, |
, dx1 = x1 . dx2 = x2 ,..., dxn = xn , !
+ ' * . # ,:
du = df ( x) = ∑n ∂u dx j .
j =1 ∂x j
# , (! *6 6 '. 2, " 2- u = f ( x, y) ,:
du = ∂u dx + ∂u dy .
∂x ∂y
" 3- u = f ( x, y, z) ,:
du = ∂u dx + ∂u dy + ∂u dz .
∂x ∂y ∂z
.
1. 2 ( (
z = ln (y + x2 + y2 ).
/ ,: |
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x2 + y 2 |
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y x2 + y 2 + x2 + y2 |
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2 |
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2 |
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2 |
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2 |
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x2 + y2 |
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y x2 + y2 + x2 + y2 |
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x2 + y2 |
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u′ |
= z ( xy )z −1 |
y = x z −1 |
y z z , |
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||||||||||||||||||||||
x |
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u′ |
= z ( xy )z −1 |
x = x z y z −1 z , u′ |
= ( xy )z ln ( xy ), |
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y |
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du = x z −1 y z z dx + x z y z −1 z dy + ( xy )z ln ( xy )dz . |
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1 |
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3. |
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u = ln |
, |
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r = |
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x2 |
+ x |
2 |
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+ ... + x2 . |
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|

# " , * " . / ,:
∂u |
= − |
1 |
|
∂r |
= − |
|
|
1 |
|
|
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
∂xi |
|
r ∂xi |
x2 |
+ x2 |
+ ... + x2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
n |
× |
|
|
1 |
|
|
|
2xi = − |
|
|
xi |
. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
x12 |
+ x22 |
+ ... + xn2 |
||||||
2 x2 |
+ x2 |
+ ... + x2 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
1 |
2 |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
# : |
dxi |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
n |
xi |
|
|
|
|
n |
|
|
||||
du = − ∑ |
|
|
|
|
|
= − |
|
|
∑ xi dxi . |
|
|||||
|
+ x2 |
+ ... + x2 |
|
r 2 |
|
||||||||||
|
|
i =1 x2 |
|
|
i =1 |
|
|
||||||||
|
|
|
1 |
2 |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
10. ! " .
5 ,, ( x = ( x1 , x2 ,..., xn )
u = f ( x1 , x2 ,..., xn ) , ":
n |
∂u |
|
|
|
||
u = ∑ |
x j + o ( x12 + ... + xn2 ). |
|||||
|
||||||
= |
∂x |
j |
|
|
|
|
j 1 |
|
|
|
|
5 o ( x12 + ... + xn2 ), , ! +
*:
∑n ∂u
u ≈ x j .
j =1 ∂x j
!:
|
|
n |
|
f (x1 + x1,..., xn |
+ xn ) ≈ f (x1 |
,..., xn ) + ∑ fx′ ( x1 ,..., xn ) x j . |
(10.1) |
|
|
j |
|
j=1
% , ! ! + ! "
u= f ( x1, x2 ,..., xn ) x1 = ( x11,..., x1n ) . 5 , * " ( 6
x0 = ( x01 ,..., x0 n ) , " * ! * x1 , " ( "
u= f ( x1, x2 ,..., xn ) 1- " ,
(10.1) ,:
x1 = x01,..., xn = x0 n , x1 + x1 = x11,..., xn + xn = x1n .
# , ! + :
|
|
n |
|
f (x11 |
,..., x1n ) ≈ f ( x01 |
,..., x0 n ) + ∑ fx′ ( x01,..., x0 n )( x1 j − x0 j ) . |
(10.2) |
|
|
j |
|
|
|
j =1 |
|
2, " 2- u = f ( x, y) ,: |
|
||
f ( x1, y1 ) ≈ f ( x0 , y0 ) + f x′( x0 , y0 )( x1 − x0 ) + f y′( x0 , y0 )( y1 − y0 ) . |
(10.3) |
1. )! ! + (4, 05)2 + (3, 07)2 .
25

; " " " u = x2 + y2
( x |
= 4, 05; y |
= 3, 07) |
. %: x |
= 4, y |
0 |
= 3 |
. # f ( x , y |
) = 42 + 32 |
= 5 . |
|
1 |
1 |
|
0 |
|
|
0 |
0 |
|
|
2 (:
|
f ′ ( x , y |
) = |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
= |
4 |
= 0, 8 , |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
x |
0 |
0 |
|
|
|
|
x2 + y2 |
|
|
5 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x =4 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y =3 |
|
|
|
|
f ′ (x , y |
) = |
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
= |
3 |
= 0, 6 . |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
y |
0 |
0 |
|
|
|
x2 + y2 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
x =4 |
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y =3 |
|
|
|
|
|
% "' ( " (10.3), ,:
(4, 05)2 + (3, 07)2 ≈ 5 + 0,8 0, 05 + 0, 6 0, 07 = 5, 08 .
# * " ": 5,082.
2. 8 , 6 :
R = 2, 5 , H = 4 l = 1 . 2 ( ! + !’,
, " .
$" ' V = F ( x, y ) = π x2 y . )!’, + , * "
':
V= V1 −V0 ,
V1 = F (R + l, H + l ) , V0 = F (R, H ). 2 ' (10.3) ,:
V ≈ ∂F ( R, H ) l + ∂F (R, H ) l ,
|
∂R |
∂H |
|
∂F ( x, y ) |
= 2π xy , |
∂F ( x, y ) |
= π x2 . |
|
|
||
∂x |
∂y |
#:
V ≈ (2π RH + π R2 )l = (2π 2, 5 4 + π 6, 25) 0,1 = 2, 625π ≈ 8, 2 ( 3 ).
11. ) *.
$" ' n u = f ( x) = f ( x1 , x2 ,..., xn ) . %,
x1 , x2 ,..., xn ' , " t :
x1 = x1 (t ), x2 = x2 (t ),..., xn = xn (t ) .
# " u ! ' ,' t : u = f ( x(t )) = f ( x1 (t ), x2 (t ),..., xn (t )) .
26
. " & x1 (t ), x2 (t ),..., xn (t ) " ! t0 ,
" u = f ( x) = f ( x1 , x2 ,..., xn ) " ! ! x0 =
=( x1 (t0 ), x2 (t0 ),..., xn (t0 )) . + " F (t) = f ( x(t)) =
=f ( x1 (t ), x2 (t ),..., xn (t )) " ! t0 , ":
F′(t |
) = |
f ′ (x0 )x′(t |
0 |
) + f ′ ( x0 ) x′ |
(t |
0 |
) + ... + f |
′ ( x0 )x′ |
(t |
0 |
) . |
|||
0 |
|
x1 |
1 |
x2 |
2 |
|
xn |
n |
|
|
||||
. . ( t |
|
t , |
x1 , x2 ,..., xn |
|||||||||||
' * |
|
x1 , x2 ,..., |
|
xn . ' " |
||||||||||
, |
u . ) * u ( x0 , |
(11.1)
u
|
|
|
u = |
|
|
∂f ( x0 ) |
|
|
x + |
∂f (x0 ) |
x |
+ ... + |
∂f ( x0 ) |
|
|
|
x |
+ ε |
|
x + ε |
|
x |
+ ... + ε |
|
x |
|
, |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
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|
|
|
2 |
n |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂x1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
∂x2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
∂xn |
|
|
|
|
|
n |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
||||||||||||
ε1 , ε2 ,..., εn |
– |
x1 → 0, |
x2 → 0,..., |
xn → 0 . % |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
! , |
|
t : |
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
u |
|
|
∂f (x0 ) |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
∂f ( x0 ) |
|
|
x |
|
|
|
|
|
∂f (x0 ) |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
+ ... + |
|
|
|
|
|
|
|
n |
+ ε |
|
|
1 |
+ ε |
|
|
2 |
|
+ ... + ε |
|
|
|
n |
. |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
n |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
t |
|
|
|
|
∂x1 |
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
∂x2 |
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
∂xn |
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
1 |
|
t |
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
t |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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|
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||||||||||||||||||||||||||
) * x1 (t ), x2 (t ),..., xn (t ) |
( t0 , |
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
lim |
|
|
|
x1 |
= x′(t |
|
|
|
), lim |
|
x2 |
= x′ |
(t |
),..., lim |
|
xn |
= x′ |
(t |
|
) . |
|
|
|
|
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|
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|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
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|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
t →0 |
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
t →0 |
t |
|
|
|
2 |
0 |
|
|
|
|
|
t →0 |
|
t |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
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||||||||||||||||||
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|
|
|
||||||||||||||||||
|
2 ( ( x1 (t ), x2 (t ),..., xn (t ) |
t0 |
, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* ( , + |
|
|
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
lim |
|
|
x1 = 0, lim |
x2 = 0,..., lim |
|
xn = 0 , |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
t →0 |
|
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|
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|
t →0 |
|
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t →0 |
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|
|||||||||||
ε1 → 0, ε2 → 0,..., εn → 0 . |
|
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|
# , |
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|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
du(t |
) |
|
= lim |
|
|
|
|
u |
= |
|
∂f ( x0 ) |
|
dx (t |
0 |
) |
+ |
∂f (x |
0 ) |
|
|
|
dx (t |
0 |
) |
+ ... + |
∂f ( x0 ) |
|
dx (t |
0 |
) |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
. |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
∂x1 |
|
|
|
dt |
|
|
∂x2 |
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
∂xn |
|
dt |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
→0 |
|
|
|
|
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||||||||||||||||||||||||||
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||||||
|
# . |
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||
|
" 2- u = f ( x, y) , x = x(t), |
|
y = y(t) , ,: |
|
|
|
|
|
|
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|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
du |
= |
∂f |
|
|
dx |
|
+ |
|
∂f |
|
|
dy |
. |
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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(11.2) |
|||||||||||||||||||
|
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|||||||||||||||||||||||||
|
|
dt |
|
|
|
|
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∂x dt |
|
|
|
|
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|
∂y dt |
|
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|||||||||||||||||
|
2, " t = x , |
y = y(t) = y( x) , |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
du |
= |
∂f |
|
|
+ |
∂f |
|
|
dy |
. |
|
|
|
|
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(11.3) |
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|
|
|
|
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∂y dx |
|
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x1 = x1 (t1 ,..., tm ) ,…, xn = xn (t1 ,..., tm ) (
t 0 = (t |
01 |
,...,t |
0m |
) |
m . .( x0 = ( x |
,..., x |
) , x |
= x |
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01 |
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27 |
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" ! t 0 , " u = f ( x) = f ( x1 , x2 ,..., xn )
" ! ! x0 , " F (t) = f ( x(t)) =
= f ( x1 (t1 ,..., tm ),..., xn = xn (t1 ,..., tm )) " ! t 0 ,
":
|
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0 ) |
= |
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0 ) |
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0 |
) |
+ |
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∂x (t |
) |
|
+ |
... + |
∂f (x0 ) |
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∂x (t |
) |
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∂t1 |
|
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∂xn |
|
∂t1 |
|
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… |
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|
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0 ) |
= |
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0 ) |
|
|
∂x (t |
0 |
) |
+ |
∂f (x0 ) |
|
∂x (t |
) |
|
+ |
... + |
∂f (x0 ) |
|
∂x (t |
) |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
|
|
|
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|
∂tm |
|
|
∂xn |
|
∂tm |
|
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|
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
|
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" 2- u = f ( x, y) , x = x(t, s), y = y(t, s) , ,: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
∂u |
= |
∂u |
|
∂x |
+ |
∂u |
|
∂y |
, |
|
|
∂u |
= |
∂u |
|
∂x |
+ |
∂u |
|
∂y |
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|
|
|
|
|
|
|
|
(11.4) |
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|
∂t |
∂x ∂t |
|
|
|
|
|
|
|
|
∂y ∂s |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
∂y ∂t |
|
|
|
∂s ∂x ∂s |
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
|
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|
dz |
, " z = e2 x−3 y , x = tg t , y = t 2 − t . |
|
|
|
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|
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|
|
|
|
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|
|
|
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2 x−3 y |
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= e |
2 tg t −3(t 2 −t ) |
2 |
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3(2t −1) |
|
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|
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|
|
|
|
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
|
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«* " , »
( 6 " "
' ". # , * ' "
( * . %: u = ln x , v = sin x . # y = uv . 2 ' (11.2) ,:
|
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|
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|
|
|
|
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|
|
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+ (ln x)sin x ln ln x cos x . |
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|
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|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. 2 ( du , " u = x2 y − xy2 , x = t sin s, y = s cos t .
/ ,: u = F (t, s) , du = ∂u dt + ∂u ds . 2 ' (11.4):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂t |
∂s |
∂u |
= |
∂u |
|
∂x |
+ |
∂u |
|
∂y |
= (2xy − y2 ) sin s + (x2 − 2xy)(−s sin t) , |
|
∂t |
∂x ∂t |
|
|
|||||||
|
|
∂y ∂t |
|
|||||||
∂u |
= |
∂u |
|
∂x |
+ |
∂u |
|
∂y |
= (2xy − y2 )t cos s + ( x2 − 2xy) cos t . |
|
∂s |
∂x ∂s |
|
|
|||||||
|
|
∂y ∂s |
|
) +:
28

du = ((2xy − y2 ) sin s − ( x2 − 2 xy)s sin t )dt + ((2xy − y2 )t cos s + ( x2 − 2xy) cos t )ds .
12. $ *.
5 ,, " " " ( 6 ' * "
" " + ! y = f ( x) ,
" 6 " ! *6 *, " ", "
’" , x y :
|
F ( x, y) = 0 . |
(12.1) |
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= 1. |
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. ’" , ": "
" " (12.1) y " ' x ? 0 +
y′ , ? 2 +, ’" " "
x
(12.1) y (+, " x ) , * " +. 5, , " " +:
|
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a2 − x2 , |
|||
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|
|
|
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, , " ": y − x − εsin y = 0 (0 < ε < 1)
+ .
. 9 " y = f ( x) , * " , " + !
’" y " " " (12.1). &, ! * " " " " (12.1) , y " "
' x . . , " " "
x2 + y2 + 1 = 0
+ .
', , " ', , " " " (12.1)
, y " " ' x , " ! "
, .
( " " ). * !
:
1) " F ( x, y) ( x0 , y0 )
Fx′( x, y), Fy′( x, y) ;
2)F ( x0 , y0 ) = 0 ;
3)Fy′( x0 , y0 ) ≠ 0 .
29

+ K = {( x, y) : | x − x0 | ≤ a, | y − y0 | ≤ b} ,
(12.1) y " & x . , y = f ( x)
" ! ( x0 − a, x0 + a) ,
":
f ′( x) = − |
Fx′( x, y) |
|
. |
(12.2) |
Fy′( x, y) |
|
|||
|
|
y = f ( x ) |
|
|
|
|
|
|
" , . 0 , * "
" * ":
F1 ( x1 ,..., xn , y1 ,..., ym ) = 0 ,
…
Fm ( x1 ,..., xn , y1 ,..., ym ) = 0 .
. , " "
y − εsin y = x (0 < ε < 1) |
(12.3) |
, y " " ' x ( .
, * ' " " .
F ( x, y) = y − εsin y − x . ), F (0, 0) = 0 . 2 (:
Fy′(0, 0) = (1 − ε cos y) y=0 = 1 − ε ≠ 0 .
# " ( x0 , y0 ) + ! (0,0). #
' , " K0 = {( x, y) : | x | ≤ a, | y | ≤ b} , "
" " (12.3) , y " " ' x . 2 ( ,
. / ,: Fx′ = −1, Fy′ = 1 − ε cos y . 2 ' (12.2):
y′ |
= − |
Fx′ |
= |
1 |
. |
|
|
||||
x |
|
Fy′ |
1 − ε cos y |
|
|
|
|
|
13. .
$" ' 3- u = f ( x, y, z) , " " (
+ G 3 . .( M ( x0 , y0 , z0 ) – 6 " + G . & M " ( " l , " ( , * " "
cos α, cosβ, cos γ ( cos2 α + cos2 β + cos2 γ = 1). ) * M –
6 " + G , M " l !’" ( 6 M ′( x0 + x, y0 + y, z0 + z) , " + ,
6 * ' ' + G . % M M ′
" u = f ( x, y, z) , :
l u = f ( x0 + x, y0 + y, z0 + z) − f ( x0 , y0 , z0 ) .
. ( |
l = | MM ′ | . # |
x = |
l cos α, y = l cos β, z = l cos γ . |
|
30 |
) +:
l u = f ( x0 + l cos α, y0 + l cos β, z0 + l cos γ) − f ( x0 , y0 , z0 ) .
. " & u = f ( x, y, z) M ( x0 , y0 , z0 )
l , * " " 6 " ,
" ", , " , ":
∂u |
= lim |
l u |
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. |
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∂l |
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l → 0 |
l |
||
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, * " " 2-
u = f ( x, y) . & " " + " *
u = f ( x1 , x2 ,..., xn ) .
2 |
∂u |
, |
∂u |
, |
∂u |
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+ " " u = f ( x, y, z) |
||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
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|
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|
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∂x ∂y ∂z |
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|
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|
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" ( Ox,Oy,Oz . |
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∂u |
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+ , 6 * u = f ( x, y, z) + |
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∂l |
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" l . 5 + " |
∂u |
> 0 , " |
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∂l |
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" u = f ( x, y, z) ,, " |
∂u |
< 0 , " u = f ( x, y, z) |
,. |
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∂l |
|
|
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|
|
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. " u = f ( x, y, z) |
|
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|
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M ( x0 , y0 , z0 ) , l |
! # ! |
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∂u |
|
|
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= |
∂u |
|
|
|
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∂u |
|
|
|
cosβ + |
∂u |
|
|
|
cos γ . |
(13.1) |
||||||||||||||
|
∂l |
|
M |
∂x |
M |
∂y |
M |
∂z |
M |
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|
|
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|
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||
M ( x0 , y0 , z0 ) , |
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
l u = f ( x0 + |
|
l cos α, y0 + |
l cos β, z0 + |
|
l cos γ) − f ( x0 , y0 , z0 ) = |
|
||||||||||||||||||||||||||||
= f x′( x0 , y0 , z0 ) |
l cos α + f y′( x0 , y0 , z0 ) l cosβ + f z′( x0 , y0 , z0 ) l cos γ + |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
+ε1 l cos α + ε2 |
|
l cos β + ε3 |
l cos γ , |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
ε1 → 0, ε2 → 0, ε3 → 0 |
l → 0 . 2: |
|
l u |
= fx′( x0 |
, y0 , z0 ) cos α + f y′( x0 |
, y0 , z0 ) cos β + f z′( x0 , y0 , z0 ) cos γ + |
|
l |
||||
|
|
|
+ε1 cos α + ε2 cos β + ε3 cos γ .
% " l → 0 , , (13.1).
.
1. 2 ( z = x2 − xy + y2 M (1;1) "
l = 6i + 8 j .
2 ( " M :
31