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If
is difinied, it is
also a real valued function of n variables. The partial
derivatives of
are called second order partial derivatives (二階偏導函數) of f.
It is customary to write
or
for
.
Derivatives of orders higher than 2 are definied similarly. Thus,
both denote the m th order partial derivative
.
我們舉兩個簡單的例子如下:
例 9
令
.
則
於是
例 10
令
f(x, y, z)=x3y2z. 則
fxy=fyx=6xyz,
且 fxyz, fxzy, fyzx, fyxz,
fzxy, fzyx 均等於 6x2y.
在這兩個例子裡都有
fxy=fyx,
而且關於不同變數的混合偏微分均似與變數的次序無關.
這項觀察大體不錯, 因為我們有下定理:
證明. 選擇 (x,y) 使 ,
.
令
Q=f(x,y)-f(a,y)-f(x,b)+f(a,b)
先暫時固定 x, 定義
g(y)=f(x,y)-f(a,y). 則由均值定理得
式中
之值在 y 和 b 之間.
現在把 x 當成變數, 再用一次均值定理, 乃得
式中
之值在 x 和 a 之間.
仿此先固定 y, 定義
h(x)=f(x, y)-f(x, b). 引用均值定理兩次乃得
式中
和
之值分別在 x, a 和 y, b 之間.
比較兩個 Q 式, 遂有
令
,
由 fxy 和 fyx 的連續性知
明所欲證.
從以上的討論我們大體上可以相信
fyx=fxy 一般都成立了.
但事實上也有二者不相等的例子:
例 11
令
易證
f 在整個平面上連續. 若
則
從而知
fx 在整個平面上連續. 因
f(
y,
x)=-
f(
x,
y), 故有
fx 也在整個平面上連續. 由以上的結果很容易算出
習
題
- 1.
- Show that the minimal distance from a point
to the hyperplane through a point p with an unit normal
vector u is given by
.
- 2.
- A curve which satisfies an equation of the form
Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0.
is called a conic. Assume that this conic passes through the point (a,b).
Show that the tangent line to this conic at (a,b) is given by
- 3.
- Let
.
If
for all
,
show that
for some
.
- 4.
- Show that every tangent plane to cone
z2=x2+y2.
intersects the cone in a straight line.
- 5.
- 試計算下列三函數的各二階偏導函數:(a)
,
(b)
,
(c)
.
- 6.
- Let
u=x2siny+y2sinx.
Find
.
- 7.
- 設
.
令
.
試證
- 8.
- 設
.
令
.
試證
- 9.
- 定義函數
,
式中 a 和 n 為常數. 試證明 u 滿足微分方程式
ut=auxx.
- 10.
- (a) Let
F(t)=f(x,y) where
,
x=t2, y=1-t3.
Compute F'(t) and F''(t) first by substitution and then by
the chain rule.
(b) Do the same thing with
f(x,y,z)=ex2+y2+z2, ,
,
z=t.
- 11.
- 若
,
試證明
- 12.
- 若
u=u(x, y, z),
,
,
,
試將
uxx+ uyy+uzz 用關於 ,
和
的偏導函數表出.
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1999-06-28