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方向导数怎么求最快(解题方法是什么?)

时间:2024-07-10 13:00:10

我们之前学过导数以及偏导数,我们知道了导数其实就是在研究瞬时变化率,偏导数也是借助导数的定义,研究了偏增量的变化。

偏导数定义:z=f(p)=f(x,y)

还有就是,偏导数主要是反映了函数f(p)沿坐标轴方向上的变化率。

接下来我们来看一下方向导数的定义:

设函数z=f(x,y,z)在点P(x0,y0,z0)的某个邻域内有定义,l是一个非零向量,其中单位向量(cosα , cosβ,cosγ)与l同方向。

此时存在以下极限:

我们将上述趋近数,以及每个增量用方向角表示,可以得到一下几种情况:

如果我们将上述极限看作一个函数,那么就称函数是在点P处沿方向l的方向导数。


注意根据定义,函数f(x,y,z)在点P沿着x轴正向(1,0,0),y轴正向(0,1,0),z轴正向(0,0,1)的方向导数分别为fx,fy,fz 。

函数f(x,y,z)在点P处沿着x轴负向(-1,0,0),y轴负向(0,-1,0),z轴负向(0,0,-1)的方向导数分别为-fx,-fy,-fz 。

所以说,方向导数实际上就是fx,fy,fz的推广。

我们接着往下看:

定理:若函数f(x,y,z)在点P(x,y,z)处可微,则函数在该点沿任意方向l的方向导数存在,并且有如下表达式成立。

学习完方向导数,我们来做几个例题,练习一下,以便更好的理解定义:

根据题目,我们知道是求函数从一个点到另一个点的方向的方向导数。


根据题意,我们可以先求出l的方向,实际上就是PQ向量与PQ向量同方向的单位向量。如上所述。

表示出来过后,再将x,y的偏导数求出来,将(1,0)这个点代入偏导数,可得某点处的偏导数值。

全部求出过后,代入公式即可,就可以得到方向导数。

我们接着往下看,要注意的问题:

问题一:仅有函数在一点可偏导,未必可推出函数在该点处沿各方向的方向导数存在。

如下所示,如果ab≠0时,方向导数等于无穷,是不存在的。

所以说,函数在一点连续也未必能得到在该点处沿各方向的方向导数都存在。

问题二:函数在一点处沿着各方向的方向导数都存在,那么在该点处一定连续吗?

通过上述例子,我们可以得到,就算方向导数都存在,在该点处也未必连续。

此时也可说明,函数可微并不是函数沿着任意方向的方向导数存在的必要条件。既:函数可微并不能推出沿着任意方向的方向导数存在。

大家下去做一做上面的练习题,评论区留下答案。