从导数的意义理解多元函数的偏导数存在性与连续性为何无关|世界观天下
导数定义:
由于 x 可以代表定义域内的任意一点x0,上图说明,任意一点的导数值都是一个极限值,而不是一个函数值。因为导数值代表斜率,斜率是需要两个以上的点才能求出的。
(资料图)
我们知道,对于一元函数,可导一定连续:
但连续不一定可导:
这里有一点要注意,当我们求某一点的导数值f'(x0)的时候,只有当导函数f'(x)在x0连续的时候,才可以直接把x0代入f'(x)求得f'(x0)的值,否则就要像上图一样通过定义来求左导数和右导数。比如f'(x)=x^2这样的导函数是可以直接代入求取x0这一点的导数值f'(x0)的,这是因为对于这个导数函数来说,任一点x0的极限值就等于它在这一点的函数值。
再看多元函数的情形。
讨论函数
在(0,0)点处的连续性:
由于二元函数任意一个点的邻域是一个区域,因此就存在着向这个点趋近时候的方向问题。正是由于方向性的存在,导致了上述函数在(0,0)点的不连续。
但这个函数在(0,0)点的偏导数存在。
对于上图中函数在(0,0)点的偏导数求法问题,同样注意:
对于非(0,0)点的偏导数,可以通过导函数来求:
对x偏导数:
Z'x= [y*(x^2+y^2) -xy*2x] /(x^2+y^2)^2
=(y^3 -x^2 y)/(x^2+y^2)^2
对y偏导数:
Z'y=[x*(x^2+y^2) -xy*2y] /(x^2+y^2)^2
=(x^3 -xy^2)/(x^2+y^2)^2
但对于(0,0)点的偏导数,则必须通过定义来求:
这是因为函数在(0,0)点没有函数表达式,只有一个数值,而对于一个孤立的点是没办法求导数的。当采用定义方式以后,出现了
由于delta x不等于0,因此可以使用函数表达式
而对于极限
之所以等于0 ,是因为我们确定了分子为0,而分母delta x只是无限趋近于0,永远也不会等于0,所以结果是0,上述极限并不是什么0/0型的极限,这也是极限思想的精髓所在。
上面的叙述说明对于多元函数来说,在某一点的偏导数存在,这一点的函数值不一定连续。
那如果函数在某点连续,是不是偏导数一定存在呢?
上图中的圆锥是一个倒立的圆锥:
当x=0时,由YOZ平面截取的曲线 z=|y| 就是和图1一样,因此在(0,0)点是没有导数的。
也可以通过求偏导函数的方法解决:
上面的这个偏导数函数在(0,0)点也没有定义,所以在(0,0)点没有导数值,不可导。
同样
也不可导。
上面的倒立锥面在(0,0)点是有定义的,但对于偏导函数来说,在(0,0)点是没有定义的,所以不可导。
因此,对于多元函数来说,函数连续不一定偏导数存在。
简单概括一下:
1:某一点的导数值是一个极限值。
2:对于多元函数来说,某一点的偏导数存在与否和这一点的函数值是否连续无关。
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