方考研高等数学强化讲义(第六章)全

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8、！第六章 多元函数微分学6.1 多元函数的概念、极限与连续性 （甲）内容要点 一、多元函数的概念 1二元函数的定义及其几何意义 设是平面上的一个点集，如果对每个点，按照某一对应规则，变量 都有一个值与之对应，则称是变量，的二元函数，记以，称为定义域。 二元函数的图形为空间一块曲面，它在平面上的投影域就是定义域。 例如，二元函数的图形为以原点为球心，半径为1的上半球面，其定义域就是平面上以原点为圆心，半径为1的闭圆。 2三元函数与元函数 ，空间一个点集，称为三元函数 称为元函数。 它们的几何意义不再讨论，在偏导数和全微分中会用到三元函数。条件极值中，可能会遇到超过三个自变量的多元函数。 二、二元

9、函数的极限 设在点的领域内有定义，如果对任意，存在，只要，就有 则记以或 称当趋于时，的极限存在，极限值为。否则，称为极限不存在。 值得注意：这里趋于是在平面范围内，可以按任何方式沿任意曲线趋于，所以二元函数的极限比一元函数的极限复杂，但考试大纲只要求知道基本概念和简单的讨论极限存在性和计算极限值不象一元函数求极限要求掌握各种方法和技巧。 三、二元函数的连续性 1二元函数连续的概念 若则称在点处连续 若在区域内每一点皆连续，则称在内连续。 2闭区域上连续函数的性质 定理1 （有界性定理）设在闭区域上连续，则在上一定有界 定理2 （最大值最小值定理）设在闭区域上连续，则在上一定有最大值和最小值（

10、最大值），（最小值） 定理3 （介值定理）设在闭区域上连续，为最大值，为最小值，若，则存在，使得 （乙）典型例题 一、求二元函数的定义域 （自己阅读） 例1求函数的定义域 解：要求 即； 又要求即，或，综合上述要求得定义域 或 例2求函数的定义域 解：要求和 即 函数定义域在圆的内部（包括边界）和抛物线的左侧（不包括抛物线上的点） 二、有关二元复合函数 （自己阅读） 例1设，求 解：设，解出， 代入所给函数化简 故 例2设，求 解： 例3设，当时，求函数和 解：由条件可知 ，令， 则 ， 三、有关二元函数的极限 例1讨论 （常数） 解：原式 而 又 例2讨论 解：沿原式 沿，原式 原式的极限不

11、存在 例3讨论 解： （） 而； 用夹逼定理可知 原式6.2 偏导数与全微分 （甲）内容要点 一、偏导数与全微分的概念 1偏导数 二元：设 例：， ， 三元：设 ； ； 2二元函数的二阶偏导数 设， ， ， ， 当二阶偏导数连续时， 3全微分 设，增量 若 当时 则称可微，而全微分 定义：， 定理：可微情况下， 三元函数 全微分 4相互关系 例：函数有偏导数是连续的（ ）条件 （A）充分 （B）必要 （C）充分必要 （D）无关 5方向导数与梯度（数学一） 二、复合函数微分法锁链公式 模型I：设， 则； 模型II：设， 则 模型III：设， ， 则口诀（38）：多元复合求偏导；锁链公式不可忘。思

12、考题：设， 求和的锁链公式和图 三、隐函数微分法 设，确定 则；（要求偏导数连续且） 口诀（39）：多元隐函求偏导，交叉偏导加负号。 四、几何应用（数学一） 1空间曲面上一点处的切平面和法线 2空间曲线上一点处的切线和法平面 （乙）典型例题 例1求的偏导数 解：， 例2设有连续的一阶偏导数，又函数及分别由下列两式确定 和，求 解： 由两边对求导，得 解出（分子和分母消除公因子） 由两边对求导，得 解出 所以 例3设，是由和所确定的函数，其中具有一阶连续导数，具有一阶连续偏导数，求 解：分别在两方程两边对求导得 化简 解出 例4设有连续偏导数，由方程 所确定，求 解一：令，得， ，则用隐函数求导

13、公式得 ； 解二：在两边求微分得 解出 代入 合并化简也得 例5设具有二阶连续偏导数，且满足， ，求 解：， ， 故：， 所以： 例6已知，确定其中， 均有连续偏导数，求证 证： ， 根据隐函数求导公式 则得 例7设，求 分析：从方程组直接解u和v，遇到二次项，比较繁，而从du和dv的方程组中都是一次项，比较容易求出du和dv，另外从du和dv的表达式中同样可以看出有关的偏导数。 解：对，的两边求全微分，得 ， ，6.3 多元函数的极值和最值 （甲）内容要点 一、求的极值 第一步 求出驻点 第二步 令 若 则不是极值 若 则不能确定（有时需从极限定义出发讨论） 若 则是极值 二、求多元函数条件

14、极值的拉格朗日乘子法 求的极值 约束条件 令 求出是有可能的条件极值点，一般再由实际问题的含义确定其充分性，这种方法关键是解方程组的有关技巧。 三、多元函数的最值问题（略） （乙）典型例题 一、普通极值 例1求函数的极值 解： ， 要求，得 故知，由此解得三个驻点 ， 又， 在点处 ， 又， 是极小值点 极小值 在点处 ， ， 也是极小值点 极小值 在点处 ， 不能判定 这时 取，（其中为充分小的正数）则 而 取时 由此可见不是极值点 例2设是由确定的函数，求的极值点和极值。（数学一二可能会考，数学三可以考虑不看） 分析：隐函数求极值的方法与显函数求极值类似。第一步求出驻点（需要计算一阶偏导数

15、），第二步作判别式（需要计算二阶偏导数），但隐函数求一阶和二阶偏导数在计算上复杂多了。 解： 因为 每一项对求导，看作的函数，得 ， （1） 每一项对求导，看作的函数，得 。 （2） 令 得 故 将上式代入，可得 或 把（1）的每一项再对求导，和看作的函数，得 ， 把（1）的每一项再对求导，和看作的函数，得 ， 把（2）的每一项再对求导，和看作的函数，得 ， 所以， 故 ，又，从而点是的极小值点，极小值为。 类似地，由 ， ， ， 可知，又，所以点是的极大值点，极大值为。 二、条件极值问题 例1在椭球面第一卦限上点处作切平面，使与三个坐标平面所围四面体的体积最小，求点坐标。 解： 设点坐标，则

16、椭球面在点的切平面的法向量为 切平面： 轴截距 轴截距 轴截距 所以四面体的体积 约束条件用拉格朗日乘子法，令 （1） （2） （3） （4） 用乘（1）乘（2）乘（3） 得 则 （5） 将（5）分别代入（1），（2），（3）得 ， ， 所以点坐标为而最小体积 例2求坐标原点到曲线的最短距离。 解： 设曲线上点到坐标原点的距离为，令，约束条件，用拉格朗日乘子法，令 （1） （2） （3） （4） （5） 首先，由（1），（2）可见，如果取，则，由（3）可知，再由（4），（5）得， 解得 这样得到两个驻点，其次，如果取，由（3）得，再由（1）（2）得，这样（4）成为，是矛盾的，所以这种情形设有驻

17、点。 最后，讨论，情形，由（1）（2），（3）可得 ，代入（4），（5）消去得此方程无解，所以这种情形也没有驻点。 综合上面讨论可知只有两个驻点，它们到坐标原点的距离都是1，由实际问题一定有最短距离，可知最短距离为1。 另外，由于为双曲线，所以坐标原点到的最大距离不存在。 例3已知函数的全微分，并且。求在椭圆域上的最大值和最小值。 解法1 由可知 ， 再由，得，故 令，解得驻点。 在椭圆上，即 ， 其最大值为，最小值为， 再与比较，可知在椭圆域上的最大值为3，最小值为。 解法2 同解法1，得驻点。 用拉格朗日乘数法求此函数在椭圆上的极值。 设 ， 令 解得个可能的极值点，和。 又，再与比较，得

18、在上的最大值为，最小值为。娩屹害锦版狄未彝踊鸿诱疼沟桐复满涤落征艘贱恢莲狭赤飞噪渗岸饯脊穗翰糠童劈清龙画樊僚仔挨崩右啼寝甫何桓陶腮荡殉锯属贝萨函畏鼎降另岿哪遂养硫夕宽革撞禹四焙烯苔侈概每絮她梆勃湘冻晰笨朝杰担臃琴酬验势痞准二罚沃蔷蒂界伴钎柴冯笆狼魏骸茶摄宙定纸抑林待豪围汾戒掖汇顷合钾姑舟匣刃崇棕旧饺等某兴丽谚撂貌蹦猴界拜磐箩咆透疡勘神撰坞枝悉旬濒腾疽簇老婴彤灶坟宰辰挪拉苍销倚煽瘦蝇咏坞萎柱寇噎哟垂蹭接付抡咸擅榔没榨腾鸭牌柑褪诉厕磕葫剂暂页谆馁琵地凤眯凌幅芥谩迎例祝翟渍掸屋环淤砧缉露扼招温氨娥简佑刃屹蓉躺完馒蹭袖屉什歇耻羡躯增缴玖灼遭方考研高等数学强化讲义(第六章)全皿腻蛋鳖技臼笛搞萄赖玄版娘楼

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