14. Дифференциал функции нескольких переменных. Инвариантность формы первого дифференциала. Приближенные вычисления.

Пусть функция u = u(x) дифференцируема в точке x0, а функция y = f(u) дифференцируема в соответствующей точке u0 = u(x0), тогда сложная функция y = f(u(x)) дифференцируема в точке x0, причем

df(u(x)) = f '(u0)u '(x0)dx.Так как u '(x0)dx = du, то df(u(x)) = f '(u0)du

Последняя формула показывает, что дифференциал функции записывается формулой одного и того же вида как в случае функции от независимой переменной, так и в случае функции от функции.

Это свойство первого дифференциала называют инвариантностью (неизменностью)

Следует обратить внимание на то, что инвариантна (неизменна) именно лишь форма дифференциала, так как в содержании формулы дифференциала фкнкции есть существенное отличие от содержания формулы дифференциала от независимой переменной

u - независимая переменная y = f(u); dy = f '(u)du; du = Δu u - функция некоторой переменной x y = f(u(x)); dy = f '(u)du; du ≠ Δu так как Δu = du + α(Δx)Δx; α(Δx) - б.м.ф. при Δx→0

Заметим, что дифференциалы высших порядков свойством инвариантности не обладают

Инвариантность формы первого дифференциала

Дифференциал функции в точке имеет вид:

где — дифференциал тождественного отображения :

Пусть теперь Тогда , и согласно цепному правилу:

Таким образом, форма первого дифференциала остаётся одной и той же вне зависимости от того, является ли переменная функцией или нет.

15. Геометрические приложения производной функции нескольких переменных.

16. Производные и дифференциалы сложных функций.

17. Производные высших порядков явно заданной функции

Производная у'=ƒ'(х) функции у=ƒ(х) есть также функция от х и называется производной первого порядка.

Если функция ƒ'(х) дифференцируема, то ее производная называется производной второго порядка и обозначается у"

Итак, у"=(у')'.

Производная от производной второго порядка, если она существует, называется производной третьего порядка и обозначается у'" (или ƒ'"(х)). Итак, у'"=(y")'

Производной n-го порядка (или n-й производной) называется производная от производной (n-1) порядка:

y(n)=(y(n-1))¢ .

Производные порядка выше первого называются производными высших порядков.

Начиная с производной четвертого порядка, производные обозначают римскими цифрами или числами в скобках (уν или у(5)— производная пятого порядка).

18.Дифференциалы высших порядков

Рассмотрим дифференцируемую функцию независимой переменной y = f(x). Дифференциал этой функции dy = f'(x)dx зависит от х и dx = Dх. Приращение dx от х не зависит, так как приращения в данной точке х можно выбирать независимо от этой точки. Рассматривая dy = f'(x)dx только как функцию от х (то есть считая dx постоянным), можно найти дифференциал этой функции. Дифференциал от дифференциала данной функции y = f(x) называется ее вторым дифференциалом или дифференциалом второго порядка и обозначается символом d2у или d2 f(x). Таким образом, по определению d2у = d(dу). Вычислим второй дифференциал функции y = f(x).

Итак, Аналогично определяются и вычисляются дифференциалы третьего, четвертого и так далее порядков. Вообще, дифференциалом n – го порядка или n-м дифференциалом функции y = f(x) называется дифференциал от ее (n-1) – го дифференциала: dny = d(dn-1y). Легко установить, что dny = f(n)(x)dxn. Дифференциал dy называют дифференциалом первого порядка. Из последней формулы следует .

Замечание. Для сложной функции форма дифференциала dny при n>1 не обладает свойством инвариантности, а значит и . Однако часто и для сложной функции f(n)(x) обозначают , понимая не как отношение дифференциалов, а как символ, обозначающий f(n)(x).