偏導數(partial derivative)的定義是如果只有自變量x變化,而自變量y固定(即看作常量),它就是x的一元函數,這個函數對x的導數,就稱為二元函數f對于x的偏導數。函數f關于變量x的偏導數寫為x'或?f/?x。偏導數符號?是全導數符號d的變體。
引入
在一元函數中,導數就是函數的變化率。 對于二元函數的“變化率”,由于自變量多了一個,情況就要復雜得多。在 xOy 平面內,當動點由 P(x0,y0) 沿不同方向變化時,函數 f(x,y) 的變化快慢一般來說是不同的,因此就需要研究 f(x,y) 在 (x0,y0) 點處沿不同方向的變化率。
偏導數反映的是函數沿坐標軸方向的變化率。
定義
x方向的偏導
設有二元函數 z=f(x,y) ,點(x0,y0)是其定義域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)。
如果 △z 與 △x 之比當 △x→0 時的極限存在,那么此極限值稱為函數 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,實際上就是把 y 固定在 y0看成常數后,一元函數z=f(x,y0)在 x0處的導數。
y方向的偏導
同樣,把 x 固定在 x0,讓 y 有增量 △y ,如果極限存在那么此極限稱為函數 z=(x,y) 在 (x0,y0)處對 y 的偏導數。記作f'y(x0,y0)。
求法
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。如果函數 f(x,y) 在域 D 的每一點均可導,那么稱函數 f(x,y) 在域 D 可導。
此時,對應于域 D 的每一點 (x,y) ,必有一個對 x (對 y )的偏導數,因而在域 D 確定了一個新的二元函數,稱為 f(x,y) 對 x (對 y )的偏導函數。簡稱偏導數。
按偏導數的定義,將多元函數關于一個自變量求偏導數時,就將其余的自變量看成常數,此時他的求導方法與一元函數導數的求法是一樣的。
幾何意義
偏導數 f'x(x0,y0) 表示固定面上一點對 x 軸的切線斜率;偏導數 f'y(x0,y0) 表示固定面上一點對 y 軸的切線斜率。
高階偏導數
如果二元函數 z=f(x,y) 的偏導數 f'x(x,y) 與 f'y(x,y) 仍然可導,那么這兩個偏導函數的偏導數稱為 z=f(x,y) 的二階偏導數。二元函數的二階偏導數有四個:f"xx,f"xy,f"yx,f"yy。
注意:
f"xy與f"yx的區別在于:前者是先對 x 求偏導,然后將所得的偏導函數再對 y 求偏導;后者是先對 y 求偏導再對 x 求偏導。當 f"xy 與 f"yx 都連續時,求導的結果與先后次序無關。
參考資料 >
偏導數怎么求.百度教育.2024-09-24