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二階偏導數公式詳解

二階偏導數公式詳解,性質及公式是什麼

曉智 曉智 發表於2024-09-09 14:52:41 瀏覽25 回應0

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二階偏導是比較難的知識點,下面是關於二階偏導數的公式及性質等內容,讓我們一起來看看吧。

二階偏導數公式詳解

∂z/∂x=[√(x²+y²)-x·2x/2√(x²+y²)]/(x²+y²)=y²/[(x²+y²)^(3/2)]

∂z/∂y=-x·2y/2√(x²+y²)^(3/2)]=-xy/[(x²+y²)^(3/2)]

∂²z/∂x²=-(3/2)y²·2x/[(x²+y²)^(5/2)]=-3xy²/[(x²+y²)^(5/2)]

∂²z/∂x∂y=[2y·[(x²+y²)^(3/2)-y²·(3/2)·[(x²+y²)^(1/2)2y]/[(x²+y²)³]

當函數z=f(x,y)在(x0,y0)的兩個偏導數f'x(x0,y0)與f'y(x0,y0)都存在時,我們稱f(x,y)在(x0,y0)處可導。假如函數f(x,y)在域D的每一點均可導,那麼稱函數f(x,y)在域D可導。

此時,對應於域D的每一點(x,y),必有一個對x(對y)的偏導數,因而在域D確定瞭一個新的二元函數,稱為f(x,y)對x(對y)的偏導函數。簡稱偏導數。

按偏導數的概念,將多元函數關於一個自變量求偏導數時,就將其餘的自變量看成常數,此時他的求導辦法與一元函數導數的求法是一樣的。

設有二元函數z=f(x,y),點(x0,y0)是其概念域D內一點。把y固定在y0而讓x在x0有增量△x,相應地函數z=f(x,y)有增量(稱為對x的偏增量)△z=f(x0+△x,y0)-f(x0,y0)。

假如△z與△x之比當△x→0時的極限存在,那麼此極限值稱為函數z=f(x,y)在(x0,y0)處對x的偏導數,記作f'x(x0,y0)或函數z=f(x,y)在(x0,y0)處對x的偏導數。

把y固定在y0看成常數後,一元函數z=f(x,y0)在x0處的導數。同樣,把x固定在x0,讓y有增量△y,假如極限存在那麼此極限稱為函數z=(x,y)在(x0,y0)處對y的偏導數。記作f'y(x0,y0)。

二階偏導數的性質

(1)假如一個函數f(x)在某個區間I上有f''(x)(即二階導數)>0恒成立,那麼對於區間I上的任意x,y,總有:

f(x)+f(y)≥2f[(x+y)/2],假如總有f''(x)<0成立,那麼上式的不等號反向。

幾何的直觀解釋:假如一個函數f(x)在某個區間I上有f''(x)(即二階導數)>0恒成立,那麼在區間I上f(x)的圖象上的任意兩點連出的一條線段,這兩點之間的函數圖象都在該線段的下方,反之在該線段的上方。

(2)判斷函數極大值以及極小值。

結合一階、二階導數能夠求函數的極值。當一階導數等於0,而二階導數大於0時,為極小值點。當一階導數等於0,而二階導數小於0時,為極大值點;當一階導數和二階導數都等於0時,為駐點。

(3)函數凹凸性。

設f(x)在[a,b]上連續,在(a,b)內具有一階和二階導數,那麼,

1.若在(a,b)內f''(x)>0,則f(x)在[a,b]上的圖形是凹的;

2.若在(a,b)內f’‘(x)<0,則f(x)在[a,b]上的圖形是凸的。

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