- •Федеральное агентство морского и речного
- •II. Понятие области
- •III. Определение функции
- •Р ис. 6
- •3. Приращения функции нескольких переменных
- •5. Частные производные
- •6. Дифференцируемость функции нескольких переменных
- •I. Понятие дифференцируемости
- •II. Формула для полного приращения
- •III. Достаточное условие дифференцируемости
- •IV. Соотношение понятий непрерывности, дифференцируемости и частных производных
- •7. Частные производные сложной функции
- •8. Полная производная сложной функции
- •9. Дифференцирование неявной функции
- •10. Уравнения касательной к пространственной линии
- •Как и в случае плоской кривой, имеет место следующее Определение. Касательной к линии в точке называется предельное положение секущей при .
- •11. Уравнение касательной плоскости и уравнения нормали к поверхности
- •Уравнения нормали к поверхности
- •(Без доказательства).
- •13. Экстремумы
- •Необходимое условие экстремума
- •Определение. Точка области определения функции называется стационарной, если в этой точке существуют частные производные первого порядка, и выполняется необходимое условие экстремума:
- •II. Понятие производной по направлению
- •III. Понятие градиента
- •IV. Связь производной по направлению с градиентом
- •Литература
- •Ястребов Михаил Юрьевич математика
- •Учебное пособие
Р ис. 6
2. Предел функции нескольких переменных
Пусть
точка
является для области определения
функции
внутренней или граничной, так что в
любой ее
окрестности
(то есть сколь угодно близко от нее)
содержатся точки области
.
Определение.
Число
называетсяпределом
функции
вточке
(говорят также:при
или при
),
если для любого
(сколь угодно малого) существует
,
такое что при выполнении условий
справедливо неравенство
.
Обозначения:
;
;
;
.
Аналогично определяется предел функции трех или более переменных.
Замечания.
1.
Геометрически утверждение о том, что
,
означает, что значения функции
сколь угодно близко приближаются к
числу
,
если точка
,
оставаясь в области определения
,
достаточно близко подходит к точке
.
2. Предел функции нескольких переменных обладает cвойствами, аналогичными свойствам предела функции одной переменной [1]. Мы будем использовать их по мере необходимости.
3. Приращения функции нескольких переменных
Пусть
―фиксированная
точка области определения
функции
,
а приращения
независимых переменных
и
не выводят переменные точки
,
![]()
за
пределы
(рис. 7).
О

в точке
называется разность
.
Для фиксированной
точки
полное приращение
является функцией переменных
,
которая определена при всех достаточно
малых по модулю
.
2.
Частным
приращением функции
в точке
по переменной
называется разность
.
Для фиксированной
точки
частное приращение
является функцией переменной
,
которая определена при всех достаточно
малых по модулю
.
Аналогично
частным приращением функции
в точке
по переменной
называется разность
.
Для фиксированной
точки
частное приращение
является функцией переменной
,
которая определена при всех достаточно
малых по модулю
.
Пример.
Рассмотрим функцию
.
Ее полное приращение
![]()
![]()
Частные приращения:
![]()
![]()
Если
,
то в точке
:
;
;
.
Аналогично
определяются полное и частные приращения
функции большего числа переменных.
Например, для функции
:
;
;
;
.
4. Непрерывность функции нескольких переменных
Пусть
функция
нескольких переменных задана в области
,
точка
принадлежит
.
Определение.
Функция
непрерывна
в точке
,
если ее предел в этой точке равен значению
функции в самой точке:
.
Это означает, что
близким к
точкам
соответствуют близкие к
значения функции
.
Определение.
Функция
непрерывна
в области
,
если она непрерывна в каждой точке этой
области.
Для
функции двух переменных
это геометрически означает, что
поверхность графика функции
не имеет скачков, разрывов, является
непрерывной в интуитивном смысле.
Аналогично определяется непрерывность в точке и области для функции большего числа переменных.
Теорема
(критерий непрерывности в терминах
приращений). Для
того, чтобы функция
была непрерывна в точке
,
необходимо и достаточно, чтобы бесконечно
малым (стремящимся к нулю) приращениям
независимых переменных
и
соответствовало бесконечно малое
приращение функции:
.
Доказательство. По свойствам предела:

.
▄
5. Частные производные
Пусть
функция
определена в окрестности точки
.
Определение.
Частной
производной функции
в точке
по переменной
называется предел отношения частного
приращения
в этой точке к вызвавшему его приращению
переменной
при
.
Обозначения частной производной:

Итак, согласно определению,
.
Аналогично
.
Таким
же образом определяются частные
производные для функции большего числа
переменных. Например, для функции
:
.
При
вычислении частной производной по
переменной
все остальные
независимые переменные
считают
постоянными величинами (равными
соответствующим координатам точки
),
и применяют правила дифференцирования
функции одной переменной [4].
Примеры.
1.
.
![]()
(производная второго слагаемого равна нулю как производная константы);
.
2.
.
.
3.
.
Частная производная по переменной
является производной степенной функции
с фиксированным показателем
;
поэтому
.
Частная производная по переменной
является производной показательной
функции с фиксированным основанием
;
поэтому
.
4.
.
По правилу дифференцирования сложной
функции:
;
.
5.
.
.
6.
.
.
Геометрический смысл частных производных
Частная
производная функции
по переменной![]()
в точке
является обычной производной функции
в точке
.
График
функции
,
сдвинутый из координатной плоскости
вдоль оси
,
является линией пересечения поверхности
с плоскостью
,
параллельной координатной плоскости
(рис. 8). Поэтому частная производная
равна тангенсу угла
наклона касательной
к оси
;
при этом точка
является проекцией точки
на плоскость
.
