偏导数在高中的应用
偏导数的应用 (2)

一、偏导数的几何应用1.空间曲线的切线和法平面 设空间曲线L 的参数方程为()()()x x t y y t z z t =⎧⎪=⎨⎪=⎩假定(),(),()x t y t z t 均可导,'''000(),(),()x t y t z t 不同时为零,曲线上对应于0t t =及0t t t =+∆的点分别为0000(,,)M x y z 和000(,,)M x x y y z z +∆+∆+∆.割线0M M 的方程为000x x y y z z x y z---==∆∆∆ 当M 沿着曲线L 趋于0M 时,割线的极限位置0M T 是L 在0M 处的切线.上式分母同除以t ∆得000x x y y z z x y z t t t---==∆∆∆∆∆∆ 当0t ∆→(即0M M →)时,对上式取极限,即得曲线在0M 点的切线方程000'''000()()()x x y y z z x t y t z t ---==向量'''000{(),(),()}x t y t z t =T 是切线0M T 的方向向量,称为切线向量.切线向量的方向余弦即为切线的方向余弦. 通过点0M 与切线垂直的平面称为曲线在0M 点的法平面.它是通过点0000(,,)M x y z ,以切线向量T 为法向量的平面.因此,法平面方程为 '''000000()()()()()()0x t x x y t y y z t z z -+-+-=【例1】求螺旋线cos ,sin ,x t y t z t ===在点(1,0,0)的切线及法平面方程.解 点(1,0,0)对应的参数0t =.因为'''()sin ,()cos ,()1x t t y t t z t =-==,所以切线向量'''{(0),(0),(0)}{0,1,1}x y z ==T ,因此,曲线在点(1,0,0)处的切线方程为100011x y z ---== 在点(1,0,0)处的法平面方程为0(1)1(0)1(0)0x y z ⨯-+⨯-+⨯-=即 0y z += 【例2】 求曲线sin ,,2x y x z ==上点0,2π⎛⎫⎪⎝⎭处的切线和法平面方程.解 把x 看作参数,此时曲线方程为sin 2x x y x x z ⎧=⎪⎪=⎨⎪⎪=⎩ '''11,cos 1,2x x x x x y x z ππππ=======-=在点,0,2ππ⎛⎫⎪⎝⎭处的切线方程为 021112z x y ππ---==-法平面方程为1()(0)()022x y z ππ---+-=即 4425x y z π-+=2.曲面的切平面与法线 设曲面S 的方程为0000(,,)0,(,,)F x y z M x y z =是曲面上的一点,假定函数(,,)F x y z 的偏导数在该点连续且不同时为零,设L 是曲面S 上过点0M 的任意一条曲线,L 的方程为(),(),()x x t y y t z z t ===,与点0M 相对应的参数为0t ,则曲线L 在0M 处的切线向量为'''000{(),(),()}x t y t z t =T .因L 在S 上,故有[(),(),()]0F x t y t z t =此恒等式左端为复合函数,在0t t =时的全导数为0''''''000000000000(,,)()(,,)()(,,)()0t t x y z dF F x y z x t F x y z y t F x y z z t dt==++= 记'''000000000{(,,),(,,),(,,)}x y z F x y z F x y z F x y z =n ,则0⋅=T n ,即n 与T 互相垂直.由于曲线L 是曲面上过0M 的任意一条曲线,所以在曲面S 上所有过0M 点的曲线的切线都与同一向量n 垂直,故这些切线位于同一个平面上.这个平面称为曲面在0M 处的切平面.向量n 是切平面的法向量,称为曲面在0M 处的法向量.切平面方程为'''000000000000(,,)()(,,)()(,,)()0x y z F x y z x x F x y z y y F x y z z z -+-+-=过点0M 与切平面垂直的直线,称为曲面S 在点0M 处的法线,其方程为000'''000000000(,)(,)(,)x y z x x y y z z F x y z F x y z F x y z ---==若曲面方程由(,)z f x y =给出,则可令(,,)(,,)0F x y z f x y z z =-=于是''''',,1x x y y z F f F f F ===-这时曲面在0000(,,)M x y z 处的切平面方程为''0000000(,)()(,)()()0x y f x y x x f x y y y z z -+---=法线方程为000''0000(,)(,)1x y x x y y z z f x y f x y ---==-【例3】求椭球面222326x y z ++=在点(1,1,1)处的切平面和法线方程.解 设222(,,)326F x y z x y z =++-''''''(,,)2,(,,)6,(,,)4(1,1,1)2,(1,1,1)6,(1,1,1)4x y z xyzF x y z x F x y z y F x y z z F F F ======故在点(1,1,1)处椭球面的切平面方程为 2(1)6(1)4(1)0x y z -+-+-= 即3260x y z ++-=法线方程为111132x y z ---==【例4】 求旋转抛物面22z x y =+在点(1,1,2)-处的切平面方程和法线方程.解 由22z x y =+得''(1,1)(1,1)(1,1)22,(1,1)22x y f xf y---==-==-切平面方程为 22(1)2(1)z x y -=--+ 即222x y z --=法线方程为112221x y z -+-==--二、多元函数极值1. 二元函数的极值【例5】 曲面z =在点(0,0)有极小值0z =.【例6】 曲面2244z x y =--在点(0,0)有极大值4z =.与一元函数极值类似,多元函数的极值也是相对某个邻域而言的,是一个局部概念.定义1 设函数(,)z f x y =在点00(,)x y 的某个邻域内有定义,若对改邻域内任一点(,)x y 都有00(,)(,)f x y f x y ≤(或00(,)(,)f x y f x y ≥)则称函数(,)z f x y =在点00(,)x y 有极大值(或极小值)00(,)f x y .而称点00(,)x y 为函数(,)z f x y =的极大(或极小)值点.极大值点与极小值点统称极值点.2.极值的检验法 (1) 一阶偏检验定理1 (必要条件)设函数(,)z f x y =在点00(,)x y 处有极大值,且在该点的偏导数存在,则必有''0000(,)0,(,)0x y f x y f x y ==.证明不妨设(,)z f x y =在点00(,)x y 处有极大值,根据极值定义,对00(,)x y 的某一邻域内的任一点(,)x y ,有00(,)(,)f x y f x y ≤在点00(,)x y 的邻域内,也有000(,)(,)f x y f x y ≤,这表明一元函数0(,)f x y 在0x x =处取得极大值.因此,有'00(,)0x f x y =同理可证'00(,)0y f x y =与一元函数类似,使一阶偏导数''0000(,)0,(,)0x y f x y f x y ==的点(,)x y 称为函数(,)z f x y =的驻点.由定理1及例5、例6可以看出:二元函数的极值点必然是驻点或一阶偏导数不存在的点. (2) 二阶偏检验定理2 (充分条件)设函数(,)z f x y =在定义域内的一点00(,)x y 处有二阶连续偏导数,且''0000(,)0,(,)0x y f x y f x y ==.记''''''000000(,),(,),(,)xx xy yy f x y A f x y B f x y C ===,则(1) 当20B AC -<且0A >时,函数(,)f x y 在点00(,)x y 处有极小值00(,)f x y ;当20B AC -<且0A <时,函数(,)f x y 在点00(,)x y 处有极大值00(,)f x y ;(2) 当20B AC ->时,函数(,)f x y 在点00(,)x y 处无极值;(3) 当20B AC -=时,函数(,)f x y 在点00(,)x y 处可能有极值,也可能无极值. 综上可得,具有连续二阶偏导数的函数(,)z f x y =,其极值求法如下:(1) 先求出偏导数'''''',,,x y xx yyf f f f ; (2) 解方程组''(,)0(,)0x y f x y f x y ⎧=⎪⎨=⎪⎩,求出定义域内全部驻点;(3) 求出驻点处的二阶偏导数值:'''''',,xx xy yy A f B f C f ===,确定2B AC ∆=-的符号,并判断()f x 是否有极值,如果有,求出其极值.【例7】 求函数33(,)3f x y x y xy =+-的极值.解 先求偏导数'2'2''''''(,)33,(,)336,3,6x y xxxyyyf x y x y f x y y x f x f f y=-=-==-=解方程组22330330x y y x ⎧-=⎨-=⎩,求得驻点为(0,0),(1,1).在驻点(0,0)处,''''''(0,0)0,(0,0)3,(0,0)0xx yy yy A f B f C f ====-==,2B AC -= 90>,于是(0,0)不是函数的极值点.在驻点(1,1)处,''''''2(1,1)6,(1,1)3,(1,1)6,27xx xy yy A f B f C f B AC ====-==-=- 0<,且60A =<,所以点(1,1)是函数的极小值点,(1,1)1f =-为函数的极小值.3.最大值与最小值如果函数(,)z f x y =在有界闭区域D 上连续,则函数在D 上一定取得最大值和最小值.如果函数的最大值或最小值在区域D 的内部取得,则最大值点或最小值点必为驻点.因此,求处驻点的函数值及边界上函数的最大值和最小值,其中最大值便是函数在闭区域D 上的最大值,最小值便是函数在闭区域D 上的最小值.具体问题中,常常通过分析可知函数的最大值或最小值存在,且在定义域内部取得,又知在定义域内只有唯一驻点,于是可以肯定驻点处的函数值便是函数的最大值或最小值. 【例8】求函数(,)f x y =22:1D x y +≤上的最大值.解 在D 内(221x y +<),由''0,0x y f f ====解得驻点为(0,0),(0,0)2f =.在D 的边界上(221x y +=)221(,)2y f x y +===<故函数在(0,0)处有最大值(0,0)2f =. 【例9】 要做一容积为a 的无盖长方体铁皮容器,问如何设计最省材料? 解 所谓最省材料,即无盖长方体表面积最小.该容器的长、宽、高分别为,,x y z ,表面积为S ,则有xyz a =22S xy xz yz =++消去z ,得表面积函数22a a S xy y x=++ 其定义域为0,0x y >>由'2'22020x y a S y x a S x y ⎧=-=⎪⎪⎨⎪=-=⎪⎩,求得驻点为.由于D 为开区域,且该问题必有最小值存在,于是必为S 的最小值点,此时a z xy==即长方体长、宽、高分别为,容器所需铁皮最少,其表面积为S =. 【例10】某公司每周生产x 单位A 产品和y 单位B 产品,其成本为22(,)221000C x y x xy y =+++产品,A B 的单位售价分别为200元和300元.假设两种产品均很畅销,试求使公司获得最大利润的这两种产品的生产水平及相应的最大利润. 解 依题意,公司的收益函数为(,)200300R x y x y =+因此,公司的利润函数为22(,)(,)(,)200300221000P x y R x y C x y x y x xy y =-=+----令''(,)200220(,)300240x yP x y x y P x y x y ⎧=--=⎪⎨=--=⎪⎩,得驻点(50,50).利用二阶偏检法,求二阶偏导数''''''(,)2,(,)2,(,)4xx xy yy P x y P x y P x y =-=-=-,显然二阶偏导数在驻点(50,50)的值为22,2,4,40,20A B C B AC A =-=-=--=-<=-<。
《高数课件23偏导数》课件

3. 隐函数偏导数
1 定义
隐函数是由方程表达的 函数,其中的某些变量 无法用其他变量来显式 表示。
2 隐函数偏导数的计
算
可以使用全微分或利用 偏导数链式法则来计算 隐函数的偏导数。
3 隐函数定理的应用
通过隐函数定理,可以 求得隐函数的导数,进 一步进行相关计算。
2
几何意义
偏导数表示函数在某一点沿着坐标轴的斜率,可用于描述曲面上某点的切线方向。
3
计算
可以利用基本的导数规则,如链式法则等,计算偏导数。
2. 高阶偏导数
定义ห้องสมุดไป่ตู้
高阶偏导数是对多元函数的多个变量进行多次求导得到的导数。
混合偏导数的概念
混合偏导数指对一个多元函数的某两个变量进行连续求导得到的偏导数。
混合偏导数的计算公式
2 泰勒公式的应用
泰勒公式可用于求函数的特定阶导数、函数在某一点的近似值等。
3 泰勒展开的计算方法
可以使用泰勒公式的展开和导数来计算函数在某一点的近似值。
6. 应用实例
1
实际问题的建模
通过建立数学模型,将实际问题转化
应用偏导数解决实际问题的例
2
为数学问题,进行相关计算。
子
利用偏导数可以求解实际问题中的最
4. 最值问题
极值的定义
极值是指函数在某个特定区间 上取得最大值或最小值的点。
求解极值的方法
最值问题的应用
可以使用导数测试、二阶条件、 拉格朗日乘数法等方法来求解 极值问题。
最值问题可应用于现实生活中 的优化场景,如最大化收益、 最小化成本等。
5. 泰勒公式
1 定义
高中数学中的偏导数定义及其求解法则

高中数学中的偏导数定义及其求解法则数学中有很多重要的概念和方法,学习数学需要认真掌握这些概念和方法。
其中,在数学的实际应用中,偏导数是非常重要的一个概念,它在物理、工程、经济等领域都有广泛的应用。
本文将介绍高中数学中的偏导数定义及其求解法则,希望对读者有所帮助。
一、偏导数的定义首先,我们来看偏导数的定义。
偏导数是多元函数在某一点处对某一个自变量求导的结果。
具体来说,如果函数f(x1,x2,...,xn)在点(x1,x2,...,xn)处对第i个自变量求导,那么它的偏导数就是:∂f/∂xi其中,∂表示“偏导数”的符号。
需要注意的是,偏导数只是对函数在某一点处对一个自变量求导,其他自变量视为常数处理。
因此,如果要对多个自变量同时求导,就需要分别对每个自变量进行求导,得到一组偏导数。
二、偏导数的求解方法接下来,我们来看一下偏导数的求解方法。
对于二元函数f(x,y),可以通过以下两种方法求解偏导数:1.用限制条件法求偏导数这种方法是指在偏导数的定义中代入限制条件,然后求导。
具体来说,如果要求偏导数∂f/∂x,在导数中代入y=g(x),得到:∂f/∂x=f(x,g(x))',其中f(x,g(x))'表示仅以x求导,y视为常数的结果。
同理,可以得到偏导数∂f/∂y:∂f/∂y=f(x,g(x))'2.用差商表示法求偏导数这种方法是指对偏导数的定义进行差商展开,并将所有的高阶微小量忽略,只保留一阶部分。
具体来说,如果要求偏导数∂f/∂x,可以将x看作一个微小量δx,同时将y视为常数,得到:∂f/∂x=[f(x+δx,y)-f(x,y)]/δx同理,可以得到偏导数∂f/∂y:∂f/∂y=[f(x,y+δy)-f(x,y)]/δy在实际应用中,常常会将两种方法进行结合,以求得更精确的偏导数。
三、偏导数的应用最后,我们来看一下偏导数在实际应用中的例子。
偏导数经常出现在物理、工程、经济等领域的模型中。
112. 什么是偏导数?如何应用?

112. 什么是偏导数?如何应用?112、什么是偏导数?如何应用?在数学的广袤领域中,偏导数是一个非常重要的概念。
对于许多初学者来说,它可能显得有些神秘和难以捉摸,但其实,只要我们耐心探究,就会发现它并没有那么复杂。
那到底什么是偏导数呢?想象一下,我们有一个多元函数,比如说z = f(x, y) ,这个函数的输入不是一个单一的变量,而是多个变量,比如这里的 x 和 y 。
偏导数就是在研究这个函数的时候,只让其中一个变量发生变化,而把其他变量暂时看作常数,然后研究函数值的变化率。
具体来说,如果我们对 x 求偏导数,就记作∂z/∂x ,这时候我们把y 看作是固定不变的,只关注 x 的变化对函数值 z 的影响。
同样,如果对 y 求偏导数,记作∂z/∂y ,此时则把 x 当作常数。
为了更直观地理解偏导数,让我们来看一个简单的例子。
假设有一个函数 z = x^2 + 3xy + y^2 ,我们先来求对 x 的偏导数。
把 y 看作常数,那么 3xy 对 x 求导就是 3y ,x^2 求导是 2x ,y^2 因为把 y 看作常数,所以求导为 0 。
综合起来,对 x 的偏导数就是 2x + 3y 。
同理,求对 y 的偏导数时,把 x 看作常数,3xy 求导是 3x ,y^2 求导是 2y ,x^2 求导为 0 ,所以对 y 的偏导数就是 3x + 2y 。
了解了偏导数的概念,那它在实际中有哪些应用呢?其实,偏导数在许多领域都发挥着重要的作用。
在物理学中,比如热传导问题。
如果我们有一个物体的温度分布函数 T(x, y, z, t) ,表示在位置(x, y, z) 、时间 t 时的温度。
那么对位置变量 x 、y 、z 的偏导数就可以分别表示温度在 x 、y 、z 方向上的变化率,这对于研究热的传递和分布非常关键。
在经济学中,偏导数也大有用处。
假设一个企业的利润函数取决于产量x 和价格y ,那么对产量的偏导数可以表示在价格不变的情况下,产量的变化对利润的影响;对价格的偏导数则可以反映在产量不变时,价格的变动对利润的作用。
高考高等数学复习重点偏导数应用

高考高等数学复习重点偏导数应用要说这高考里的高等数学,偏导数的应用那可真是个让人又爱又恨的家伙!对于很多同学来说,它就像是一座隐藏着宝藏但又布满荆棘的神秘岛屿。
咱们先来说说偏导数在几何中的应用。
想象一下,你正在设计一个超级酷炫的立体雕塑,你得知道不同方向上的变化率才能把它的形状雕琢得完美无缺。
比如说,偏导数能帮我们求出曲面在某一点处的切平面方程。
这就好比你要给这个雕塑找一个最合适的底座,让它稳稳地站立在那里,展现出最迷人的姿态。
还记得我之前教过的一个学生小明,那可真是个聪明但又有点粗心的孩子。
有一次做练习题,遇到一个求曲面在某点处切平面方程的题目。
他一开始信心满满,觉得自己肯定能拿下。
可算着算着,就把偏导数的符号给弄混了,结果整个答案都错得离谱。
我看着他那懊恼的样子,又好气又好笑。
我就跟他说:“小明啊,这偏导数就像是你手里的工具,你得把它们认清楚,用对地方,不然可就修不出你想要的雕塑啦!”打那以后,小明每次做这类题目都会格外小心,成绩也有了明显的提高。
再来说说偏导数在优化问题中的应用。
这就像是你要在一堆琳琅满目的商品中,找到那个性价比最高的宝贝。
比如说,工厂要生产一种产品,怎么安排生产才能让成本最低、利润最大?这时候偏导数就派上用场啦。
通过求偏导数为零的点,就能找到可能的极值点。
还有偏导数在物理中的应用,比如热传导问题。
这就好比你要搞清楚一杯热水是怎么慢慢变凉的,温度在不同位置、不同时间的变化规律是怎样的。
同学们,复习偏导数的应用可不能马虎。
要多做练习题,熟悉各种题型。
遇到不会的问题,别着急,多想想,多问问老师和同学。
相信只要你们用心,偏导数这个“小怪兽”一定能被你们打败!就像小明一样,从错误中吸取教训,最终在高考的战场上取得胜利!总之,偏导数的应用在高考高等数学中至关重要。
大家一定要把基础打牢,熟练掌握各种方法和技巧,这样才能在考场上应对自如,取得好成绩!加油吧,同学们!。
偏导数及其应用

z x2y 2e y x 3 2 z z x2y ( ) 2 e y x 2 x y x 2z 2z , 但这一结论并不总成立. 注意:此处 x y y x
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2
2 z x2y 4e 2 y
(与求导顺序无关时, 应选择方便的求导顺序)
思考与练习
解答提示: P73 题 5
P73 题 5 , 6
当 x 2 y 2 0 时,
x2 y f x ( x, y ) 2 2 x x y
x 2 y x 2( x 2 y 2 ) f y ( x, y ) 2 2 2 y x y ( x y 2 )2 即 x=y=0 时, d f x (0,0) f ( x,0) x0 dx d f y (0,0) f (0, y ) y0 dy
z f ( x, y ) , , z y , f y ( x, y ) , f 2 y y
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偏导数的概念可以推广到二元以上的函数 . 例如, 三元函数 u = f (x , y , z) 在点 (x , y , z) 处对 x 的 偏导数定义为
x x
的二阶偏导数 . 按求导顺序不同, 有下列四个二阶偏导 数:
z 2z z 2 z ( ) f x y ( x, y ) ( ) 2 f x x ( x, y ); y x x y x x x
2 z 2z z z ( ) f y x ( x, y ); ( ) 2 f y y ( x, y ) x y y x y y y
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高中数学备课教案多元函数的二阶偏导数与Hessian矩阵的应用

高中数学备课教案多元函数的二阶偏导数与Hessian矩阵的应用高中数学备课教案多元函数的二阶偏导数与Hessian矩阵的应用一、引言在高中数学的学习中,我们学习了一元函数的导数和二阶导数。
而在高中数学的备课中,我们需要了解多元函数的导数及其应用。
本文将介绍多元函数的二阶偏导数与Hessian矩阵的应用。
二、多元函数的二阶偏导数1. 定义多元函数的二阶偏导数指的是对多元函数的某个自变量先求导后再对同一个自变量求导得到的导数。
2. 计算方法对于一个含有两个自变量的多元函数,其二阶偏导数可以通过以下计算方法得到:- 首先,对函数关于一个自变量求导,得到一阶偏导数。
- 然后,对一阶偏导数再次求导得到二阶偏导数。
3. 举例说明考虑一个两个自变量的多元函数:f(x, y) = x^2y + xy^2首先,求关于x的一阶偏导数:∂f/∂x = 2xy + y^2然后,对∂f/∂x再次求导,得到关于x的二阶偏导数:∂²f/∂x² = 2y同理,我们可以计算关于y的一阶和二阶偏导数:∂f/∂y = x^2 + 2xy∂²f/∂y² = 2x4. 性质二阶偏导数有以下性质:- 如果二阶偏导数存在且连续,那么偏导数的次序无关紧要,即∂²f/∂x∂y = ∂²f/∂y∂x。
这被称为克莱罗定理。
- 如果二阶偏导数存在且连续,且∂²f/∂x∂y ≠ 0,那么二阶偏导数的符号决定了函数的曲率。
三、Hessian矩阵的应用1. 定义Hessian矩阵是由多元函数的二阶偏导数排列而成的一个矩阵。
2. 计算方法对于一个含有n个自变量的多元函数,其Hessian矩阵可以通过以下计算方法得到:- 首先,对函数分别求偏导数,得到一阶偏导数。
- 然后,按照偏导数的次序排列得到一个n×n的矩阵,即Hessian矩阵。
3. 举例说明考虑一个三个自变量的多元函数:f(x, y, z) = x^2 + y^2 + z^2首先,求偏导数:∂f/∂x = 2x∂f/∂y = 2y∂f/∂z = 2z然后,按照偏导数的次序排列得到Hessian矩阵:H = [[2, 0, 0], [0, 2, 0], [0, 0, 2]]4. 应用Hessian矩阵的应用非常广泛,其中一些重要的应用包括:- 判断函数的极值:如果Hessian矩阵是正定或负定的,那么函数在该点处达到极小值或极大值。
9.5偏导数及其应用

记为
z y ( x
0 , y0 )
f y ( x
,
0 , y0 )
f y ( x0 , y0 )或z y ( x0 , y0 )
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偏导函数: 如果函数z=f(x,y)在区域D内每一点(x,y)都存在对x
的偏导数,即
f ( x x , y ) f ( x , y ) lim , x 0 x
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若求函数z=f(x,y)在点(x0,y0)处对x的偏导数, 只需先求偏导函数fx(x,y),然后再求fx(x,y)在点 (x0,y0)处的函数值, 导数.
f x ( x, y ) |( x0 , y0 ) f x ( x0 , y0 )
这样就得到了函数z =f(x,y)在点(x0,y0)处对x的偏
9.5
偏导数
一 、偏导数的概念
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1.偏导数的定义
f ( x 0 x , y0 ) f ( x 0 , y 0 ) 如果极限 lim x 0 x 存在,则称此极限值为函数z=f (x,y)在点(x0,y0)处对x的偏
f 导数.记作 z , , f x ( x0 , y0 )或z x ( x0 , y0 ), x ( x0 , y0 ) x ( x0 , y0 )
f xx (1,1,2) 4, f xyz ( x, y, z ) 0,
f xyz (1,1,1) 0.
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求f(x,y)在原点(0,0)处的偏导数. 解 原点(0,0)处对x的偏导数为
f (0 x ,0) f (0,0) f x (0,0) lim x 0 x ( x ) 0 0 2 ( x ) 0 lim lim 0 0. x 0 x 0 x
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偏导数在高中的应用
偏导数在高中的应用主要涉及到对多元函数的极值和最值问题的研究。
一、偏导数与极值
在多元函数中,极值是函数在某个区域内达到的最大值或最小值。
为了找到函数的极值,我们需要先找到函数的驻点,即函数的一阶偏导数为零的点。
驻点可能是极值点,也可能不是。
因此,我们需要进一步检查驻点处的二阶偏导数。
一阶偏导数:如果一个多元函数的某个自变量改变时,函数值也相应地改变,那么这个自变量就是函数的偏导数。
一阶偏导数描述了函数在某个自变量方向上的变化率。
二阶偏导数:二阶偏导数描述了函数在某个自变量方向上的变化率的改变率。
如果二阶偏导数在驻点处为负,那么该驻点是一个极值点;如果二阶偏导数在驻点处为正,那么该驻点不是极值点。
二、偏导数与最值
除了极值外,多元函数还可能存在最值问题。
最值问题是指在一个给定的区域内,函数达到的最大值和最小值。
与极值问题类似,为了找到函数的最值,我们也需要先找到函数的驻点,然后检查驻点处的二阶偏导数。
一阶偏导数:与极值问题中的一阶偏导数相同,一阶偏导数描述了函数在某个自变量方向上的变化率。
二阶偏导数:与极值问题中的二阶偏导数相同,二阶偏导数描述了函数在某个自变量方向上的变化率的改变率。
如果二阶偏导数在驻点处为负,那么该驻点是一个最值点;如果二阶偏导数在驻点处为正,那么该驻点不是最值点。
三、应用实例
以一个二元函数为例,假设函数为f(x,y),其中x和y 都是自变量。
为了找到函数的极值和最值,我们可以按照以下步骤进行操作:
求一阶偏导数:对函数f(x,y)分别求关于x和y的一阶偏导数,得到两个一阶偏导数。
找驻点:令一阶偏导数为零,解得驻点的坐标。
判断极值:检查驻点处的二阶偏导数,如果二阶偏导数为负,则该驻点是极值点;如果二阶偏导数为正,则该驻点不是极值点。
判断最值:同样检查驻点处的二阶偏导数,如果二阶偏导数为负,则该驻点是最小值点;如果二阶偏导数为正,则该驻点不是最小值点。
通过以上步骤,我们可以找到函数的极值和最值,并确定其位置。
这对于解决实际问题中的优化问题具有重要意义。
例如,在工程设计、经济分析等领域中,常常需要寻找函数的极值和最值来优化设计方案或提高经济效益。