泰勒公式与极值问题资料课件.ppt
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1、上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出v高阶偏导数高阶偏导数v中值定理和泰勒公式中值定理和泰勒公式v极值问题极值问题上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出设设 z=f(x,y)在域在域 D 内存在连续的偏导数内存在连续的偏导数,),(yxfxzx 若这两个偏导函数仍存在偏导数,若这两个偏导函数仍存在偏导数,则称它们是则称它们是z=f(x,y)的的二阶偏导数二阶偏导数.按求导顺序不同按求导顺序不同,有下列有下列四个二阶偏导数四个二阶偏导数:),(yxfyzy 上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出)(xz)(yzx)(xzy),()(22yx
2、fyzyzyyy22xz);,(yxfxxyxz2),(yxfyx);,(2yxfxyzxyxz=f(x,y)的三阶偏导数共有八的三阶偏导数共有八(23)种情形:种情形:),()(33322yxfxzxzxx ),()(22322yxfyxzxzyyx 上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出又如又如 z=f(x,y)关于关于 x 的的 n 1 阶偏导数阶偏导数,)(yyxznn111nnxz二阶及二阶以上的偏导数统称为高阶偏导数二阶及二阶以上的偏导数统称为高阶偏导数.再关于再关于 y 的一阶偏导数为的一阶偏导数为上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出yxe2
3、2yxez2.23xyz解解:xz22xz)(223xyzxxyzyzxyz2yxz2 22 yzyxe2yxe22yxe2yxe22yxe22yxe24的二阶偏导数及的二阶偏导数及 上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出.arctan2的的所所有有二二阶阶偏偏导导数数求求函函数数例例xyz 注意注意:从上面两个例子看到,有从上面两个例子看到,有,22xyzyxz但这一结论并不总成立但这一结论并不总成立.上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出0,)(4222224224yxyxyyxxx0,)(4222224224yxyxyyxxyyfyfxxy)0,0()
4、,0(lim0),(yxfy),(yxfx)0,0(yxfxfxffyyxxy)0,0()0,(lim)0,0(0二者不等二者不等yyy0lim1xxx0lim1),(yxf0,022 yx0,022 yx0,222222yxyxyxyx0,022 yx上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出则则连续连续都在点都在点和和若若,),()()(00yxx,yfx,yfxyyx),(),(0000yxfyxfxyyx 例如例如,对三元函数对三元函数 u=f(x,y,z),),(),(),(zyxfzyxfzyxfyxzxzyzyx说明说明:本定理对本定理对 n 元函数的高阶混合偏导数
5、也成立元函数的高阶混合偏导数也成立.函数在其定义区域内是连续的函数在其定义区域内是连续的,故求初等函数的高阶导故求初等函数的高阶导数可以选择方便的求导顺序数可以选择方便的求导顺序.),(),(),(zyxfzyxfzyxfxyzzxyyzx因为初等函数的偏导数仍为初等函数因为初等函数的偏导数仍为初等函数,当三阶混合偏导数当三阶混合偏导数在点在点(x,y,z)连续时连续时,有有而初等而初等今后除特别指出外,都假设相应的混合偏导数连续,今后除特别指出外,都假设相应的混合偏导数连续,从而混合偏导数与求导顺序无关从而混合偏导数与求导顺序无关.上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出22
6、2,1zyxrru0222222zuyuxu证:证:xu22xu利用对称性,有,3152322ryryu222222zuyuxuu满足拉普拉斯满足拉普拉斯方程方程xrrxrrdud 21321rxrxr 31rxrrx4352331rxr5232231rzrzu52223)(33rzyxr2r0上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出注意:注意:多元抽象复合函数的高阶导数在偏微分多元抽象复合函数的高阶导数在偏微分方程变形与验证解的问题中经常遇到方程变形与验证解的问题中经常遇到,下列几个例题有助于掌握这方面问题的求导技巧下列几个例题有助于掌握这方面问题的求导技巧与常用导数符号与常
7、用导数符号.上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出.),(3222yxzxzyxxfz ,求求设设例例解解由由复复合合函函数数求求导导公公式式),(vufz 于于是是xvvfxuufxz 1fxz 得得),(1),(21yxxfyyxxf 1 2f y1,yxvxu 设设上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出),(1),(12121yxxfyyxxffyfxz ),(1(),(2122yxxfyxyxxfxxz uf 1 111f11f xu vf 1xv (1y)22xvvfxuuf 1(121 fy122fy 2221fy yxvxu ,yf112)12
8、2yf 上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出),(1(),(212yxxfyyyxxfyyxz yvvfyuuf 1111f)1(yy )(1y 0 12f 2yx 221yf (1y 222231221fyfyxfyx 21f0 22f)2yx yxvxu ,2fyvvfyuuf 22上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出),(1zyxzyxf f 具有二阶连续偏导数,),(zyxzyxfw求.2zxw 解解:,zyxvzyxu xw ),(vufw 1f 2f),(2zyxzyxfzy )()(212fzyzfzzxw 11f 11f 12f y zy
9、 121 fyxf 2212)(fzxy 222fzyx 2fy 1 zy 1 yx 2f上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出10 DyxPyxP),(),(222111凸区域:若区域凸区域:若区域 D 上任意两点的连线都含于上任意两点的连线都含于 D若若 D 为区域,则对任何为区域,则对任何 恒有恒有DyyyxxxP )(),(,(121121 凸凸区区域域非非凸凸区区域域1P2P内,则称内,则称 D 为凸区域为凸区域.1P2P上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出(中值定理)(中值定理)定理定理8.17内内任任意意二二点点内内可可微微,则则对对连连续续
10、,在在DDint,存存在在某某,)10(int),(),(DkbhaQbaP使使得得kkbhafhkbhafbafkbhafyx),(),(),(),(),(baP),(kbhaQ ),(kbha 一元函数中值定理回顾一元函数中值定理回顾上上在凸开域在凸开域设二元函数设二元函数Df上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出),()(tkbthaft 证证令令由定理的条件知由定理的条件知(t)在在 0,1 上连续,在上连续,在(0,1)内可微内可微.)()0()1(由复合函数的求导法则由复合函数的求导法则kkbhafhkbhafyx),(),()()0()1(),(),(bafkb
11、haf于是于是由于由于 D 为凸区域,所以为凸区域,所以Dkbha ),(从而有从而有),(),(bafkbhaf PQ 于是根据一元函数中值定理,于是根据一元函数中值定理,存在存在 使得使得kkbhafhkbhafyx),(),(上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出.0上上为为常常值值函函数数在在区区域域,则则函函数数内内存存在在偏偏导导数数,且且在在区区域域若若函函数数推推论论DfffDfyx B A 上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出),(),(),(000000yxfykxhyxfhyhxf )(0PUnnRyxfykxhnyxfykxh ),
12、(!1),(!2100002)10(),()!1(1001 kyhxfykxhnRnn一元函数泰勒公式回顾一元函数泰勒公式回顾上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出其中其中),()(00yxfykxh ),()(002yxfykxh ),()(00yxfykxhm),(),(0000yxyfkyxxfh 表示表示),(),(2),(0022200200222yxyfkyxyxfkhyxxfh 一般地,表示表示).,(000yxyxfkhimimimimiimC 上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出),(),(),(),(00000000kyhxkfkyhx
13、hfyxfkyhxfyx 这正是二元函数的拉格朗日中值公式这正是二元函数的拉格朗日中值公式.Rn 称为其称为其拉格拉格朗日型余项朗日型余项.上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出),10(),()(00tktyhtxft其中其中),()1(,),()0(0000kyhxfyxf由定理的假设,由定理的假设,在在 0,1 在满足在满足一元函数泰一元函数泰勒定理条件,于是有勒定理条件,于是有)(t)1()()1(!)1(1nn)10()0()0()0()0()(!1!21nn 下面计算下面计算,2,1),0()(nn 上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出利用多元
14、复合函数求导法则可得利用多元复合函数求导法则可得:),(),()(0000t kyt hxfkt kyt hxfhtyx),()()0(00yxfkhyx),()(002t kyt hxfhtxx),(200t kyt hxfkhyx),(002t kyt hxfkyy),()()0(002yxfkhyx),10(),()(00 tktyhtxft 上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出),(C)(000)(t kyt hxyxfkhtpmpmpmpmppmm一般地一般地,),()()0(00)(yxfkhmyxm)1()()1(!)1(1nn将上述导数代入公式:将上述导数代
15、入公式:)0()0()0()0()(!1!21nn 即得二元函数泰勒公式即得二元函数泰勒公式.上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出)(nnoR 若在泰勒公式中只要求余项若在泰勒公式中只要求余项)(0PU)(),(!1),(),(1000000nnppoyxfykxhpyxfhyhxf 上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出)0,0()0,0(),(fyyxxfyxf )10()0,0(!1)0,0(!212fyyxxnfyyxxn ),()!1(11yxfyyxxnn 上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出 .08.141),(496.3
16、它它计计算算(到到二二阶阶为为止止),并并用用)的的泰泰勒勒公公式式,在在点点(求求例例yxyxf 解解,ln),(xxyxfyy,)1(),(2 yxxxyyyxf,ln),(11xyxxyxfyyxy ,)(ln),(2xxyxfyyy 带入型余项的泰勒公式中:带入型余项的泰勒公式中:,4)4,1(,),(1 xyxfyxyxf,0)4,1(yf,12)4,1(xxf,1)4,1(xyf,0)4,1(yyf上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出),(),(00yxfyxfxy )(),()()(!12210000 oyxfyyyxxxppp ),()(),()(),(00
17、000000yxfyyyxfxxyxfyx ),()(2),()(!2100000020yxfyyxxyxfxxxyxx )(),()(20020 oyxfyyyy 1)()4)(1()1(6)1(4122 oyxxx )1(4 x)()4)(1(2)1(122122 oyxx 上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出)()4)(1()1(6)1(4122 oyxxxxy )4)(1()1(6)1(41)08.1(296.3 yxxxxy即即令令 x=1.08,y=3.96,则有则有x-1=0.08,y-1=-0.04,1 08.04208.06 04.008.0 3552.1
18、 把这个值与前面用全微分近似公式计算的结果相比把这个值与前面用全微分近似公式计算的结果相比较,这个结果更接近于真值较,这个结果更接近于真值 1.356307.上一页上一页 下一页下一页 主主 页页返回返回 退出退出定义定义:若函数若函数则称函数在该点取得则称函数在该点取得极大值极大值(极小值极小值).极大值和极小值极大值和极小值统称为统称为极值极值,使函数取得极值的点称为使函数取得极值的点称为极值点极值点.)()(0PfPf)()(0PfPf 或),(000yxPf 在点在点的某邻域内有的某邻域内有 注意:函数的注意:函数的极值点只可能是定义域的内点极值点只可能是定义域的内点.上一页上一页 下
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