全微分

  • 定义
    • 设二元函数 z=f(x,y)z=f(x,y)(x,y)(x,y) 的某邻域内有定义,当 x,yx,y 有增量 Δx,Δy\Delta x,\Delta y 时,函数 f(x,y)f(x,y) 的增量称为全增量: Δz=f(x+Δx,y+Δy)f(x,y) \Delta z=f(x+\Delta x,y+\Delta y)-f(x,y)
    • 如果 z=f(x,y)z=f(x,y)(x,y)(x,y) 处的全增量可以表示为 Δz=AΔx+BΔy+o(ρ) (ρ=x2+y2) \Delta z=A\Delta x+B\Delta y+o(\rho)\ (\rho=\sqrt{x^2+y^2}) 其中 A,BA,B 不依赖 Δx,Δy\Delta x,\Delta y,则 z=f(x,y)z=f(x,y)(x,y)(x,y) 可微,定义 z=f(x,y)z=f(x,y) 的全微分为 dz=AΔx+BΔy=Adx+Bdy \mathrm dz=A\Delta x+B\Delta y=A\mathrm dx+B\mathrm dy
    • 多元函数有类似定义。
  • 定理
    • 可微与连续性关系
      • 如果 z=f(x,y)z=f(x,y)(x,y)(x,y) 可微,则 z=f(x,y)z=f(x,y)(x,y)(x,y) 连续。
      • 可微     \implies 连续,连续 \nRightarrow 可微。
    • 可微与偏导数关系
      • 如果 z=f(x,y)z=f(x,y)(x,y)(x,y) 可微,则 z=f(x,y)z=f(x,y)(x,y)(x,y)偏导数都存在,且 zx=A,zy=B \frac{\partial z}{\partial x}=A,\frac{\partial z}{\partial y}=B
      • dz\mathrm dz 表示为 dz=zxdx+zydy \mathrm dz=\frac{\partial z}{\partial x}\mathrm dx+\frac{\partial z}{\partial y}\mathrm dy
      • 可微     \implies 偏导数,偏导数 \nRightarrow 可微。
    • 可微与偏导数连续关系
      • 如果 z=f(x,y)z=f(x,y)(x,y)(x,y) 的偏导数都连续,则 z=f(x,y)z=f(x,y)(x,y)(x,y) 可微。
      • 可微     \implies 偏导数连续,偏导数连续 \nRightarrow 可微。
  • 应用
    • 近似计算
      • 参考一元函数微分的近似计算
      • f(x,y)f(x0,y0)+fx(x0,y0)(xx0)+fy(x0,y0)(yy0) f(x,y)\approx f(x_0,y_0)+f_x'(x_0,y_0)(x-x_0)+f_y'(x_0,y_0)(y-y_0)
    • 误差估计
      • 参考一元函数微分的误差估计
      • 对于 z=f(x,y)z=f(x,y)x,y,zx,y,z 误差限为 ε(x),ε(y),ε(z)\varepsilon(x),\varepsilon(y),\varepsilon(z),则 ε(z0)=fx(x0,y0)ε(x0)+fy(x0,y0)ε(y0) \varepsilon(z_0)=|f_x'(x_0,y_0)|\varepsilon(x_0)+|f_y'(x_0,y_0)|\varepsilon(y_0)
      • x,y,zx,y,z 相对误差限为 εr(x),εr(y),εr(z)\varepsilon_r(x),\varepsilon_r(y),\varepsilon_r(z),则 εr(z0)=x0fx(x0,y0)f(x0,y0)εr(x0)+y0fy(x0,y0)f(x0,y0)εr(y0) \varepsilon_r(z_0)=\left|\frac{x_0 f_x'(x_0,y_0)}{f(x_0,y_0)}\right|\varepsilon_r(x_0)+\left|\frac{y_0 f_y'(x_0,y_0)}{f(x_0,y_0)}\right|\varepsilon_r(y_0)