偏导数和高阶偏导数

第二节偏导数 教学目的： 使学生了解偏导数的概念；熟练掌握阶及二阶偏导数的计算方法；了解偏导数存在与函数连续的关系。

教学重点： 一阶及二阶偏导数的计算教学过程:一、偏导数的定义及其计算法对于二元函数z 二f(xy)如果只有自变量x 变化 而自变量y 固定 这时它就是x 的一元函 数这函数对x 的导数 就称为二元函数z 二f(xy)对于x 的偏导数定义设函数z=f(xy)在点(x o y o )的某一邻域内有定义 当y 固定在y o 而x 在X o 处有增量 x 时相应地函数有增量f(x o x y o) —f(x o y o ).如果极限f (X o X, y o ) - f (X o , y o )A x存在则称此极限为函数z=f(xy)在点(x o y o )处对x 的偏导数 记作例如f (X o ：x, y o ) - f(x o , y o )A x 类似地函数z 斗(xy)在点(x o y o )处对y 的偏导数定义为Hm f(x °,y o ：y)-f (x °,y o ) .y —.o y偏导函数如果函数zh(xy)在区域D 内每一点(xy)处对x 的偏导数都存在 那么这个偏 导数就是x 、y 的函数它就称为函数z=f(xy)对自变量x 的偏导函数 记作——zx 或 f x (x, y) ■ X x偏导函数的定义式：fx(x,y 円m f(x 2)7("cf — y —y o C X=X o -z x y=y o :z .x x=x ° 或 f x (x o , y o ) y mof x (x o ，yo ^.'r.o 记作各X’ * 0 x=X o ■z yy=y ° y To 或 f y (x o y o ). X =<o y =y °类似地可定义函数z=f(xy)对y的偏导函数记为Z/或f y(x，y) ‘-■y :y偏导函数的定义式:f y(x,y) = limf(x,y：y)-f(x,y)求兰时只要把y暂时看作常量而对x求导数求埜时只要把x暂时看作常量而对y ；x ；y 求导数，讨论下列求偏导数的方法是否正确？f x(><0，y o) = f x(x,y)x^ f y(x o，y o) = f y(X,y) xs .y=y°d df x(X o，y o) =【dxf (x,y o)〕xK fygy o)珂石fd o’y)]© ■偏导数的概念还可推广到二元以上的函数.例如三元函数u=f(xyz)在点(xyz)处对x的偏导数定义为f (x ：x,y,z) —f(x,y,z)Ax其中(xyz)是函数u=f(xyz)的定义域的内点它们的求法也仍旧是一元函数的微分法问题，例1求z=x2+3xy+y2在点(1 . 2)处的偏导数，解—=2x 3y z =3x 2y . z & cyXT =21 3 2=8 ]z例2求z=x2sin 2y的偏导数解—=2xsin2y — -2x2cos2y . & cy例 3 设z=x y(x Qx^)求证――1—■ =2zy ex In x 內证—=yx y A— =x y I nx,x ：y——1 -yx y^ —x y I nx 二x y x y=2z .y :x In x : y y In x例4求x^y^z2的偏导数解』- ______X 仝 [.一__________ y ____ & +'x2+ y2+z2r by Jx2+y2+z2=_yx”31 22 = 7 .例5已知理想气体的状态方程为pV=RT(R为常数)•求证空乂 .兀_1证因为p = R L P 一马. "vw V 2V=RL 卫卫p ：:T pT pV 汀 VT = R 亍 R 所以8汎汀=_RT RV-RT-I討贡④ V 2 p R pV ^例5说明的问题 偏导数的记号是一个整体记号 不能看作分子分母之商 二元函数z=f(xy)在点(x o y o )的偏导数的几何意义：f x (x o y o )=[f(x y o )]x 是截线z=f(x y o )在点M o 处切线T x 对x 轴的斜率 f y (x o y o ) =[f(x o y)]y 是截线z=f(x o y)在点M o 处切线T y 对y 轴的斜率偏导数与连续性对于多元函数来说即使各偏导数在某点都存在也不能保证函数在 该点连续例如 xyf(x,y) = x 2 y 2I 0 在点(0 0)有f x (0. 0)=0 f y (o. 0)=0但函数在点(0 0)并不连续“提示：f(x,O) =0 f (0, y^of x (O,O)=f [f(x,0)]=0 f y (0, 0^-d [f(0, y)H0 . dx dy当点P(x y)沿x 轴趋于点(0 0)时有lim f(x, y)=lim f (x, 0) = lim 0 =0 (x,y) >(0,0) X r 0 x >0当点P(x y)沿直线y=kx 趋于点(0 0)时有因此.lim f (x,y)不存在 故函数f(xy)在(0 0)处不连续(x,y)T(0,0) 类似地可定义函数z=f(xy)对y 的偏导函数 记为 冷 f zy 或 f y (x,y) • x 2 y 2" x 2 y 2 =0 lim 2 ' 2(x,y)—?(o,o )x 2 y 2y=kx=lim 2 x >0 x 2 kx 2_ k 2x 2 k 2偏导函数的定义式恥心肩“™高阶偏导数 设函数Z 二f(xy)在区域D 内具有偏导数^ = f x (x, y)迸二 f y (x,y).那么在D 内f x (xy)、f y (xy)都是xy 的函数如果这两个函数的偏导数也存在 贝U 称它们 是函数x 二f(xy)的二偏导数 按照对变量求导次序的为同有下列四个二阶偏导数 如果函数z 二f(xy)在区域D 内的偏导数f x (xy)、f y (xy)也具有偏导数 则它们的偏导数称为函数z=f(xy)的二阶偏导数按照对变量求导次序的 不同有下列四个二阶偏导数2手(孑•手(勺=2 2 其中ry (：xU x y (x ，y) 称为混合偏导数；：(；：Z )_ ；：2Z 1 ( ：：Z) _ r 2Z ( :：Z) _ ：：2z ；：( ；：z )_ ；：2z :x ；:x ；:x 2 : y . x .x :y ；x ； y y ； x ；:y ；y ；:y 2同样可得三阶、四阶、以及n 阶偏导数二阶及二阶以上的偏导数统称为高阶偏导数‘ 例 6 设 z=x 3y 2-3xy 3-xy V 求 f 、-f 、 - x 和 L x 2 ：x 3 :yx : xy解/ =3x 2y 2 -3y 3 -y Z =2x f y-9xy 2 -x :x :y C 2Z 62 ^z 6 2， 2 =6x y 3=6 .x:x -2-2 6^丫-9丫2-1x 6x 2y-9y 2 -1 x x .y y x -2 “2由例6观察到的问题 x xoycx cxcy 定理如果函数z=f(xy)的两个二阶混合偏导数 昙及三在区域D 内连续•那么在该 tycx cxcy区域内这两个二阶混合偏导数必相等.x : x ； x 2 :y x :x y:Z = f xy (x, y).2 补評話mx’y)弓許■2Z”yy (x " -3 ：2类似地可定义二元以上函数的高阶偏导数例7验证函数z = ln . x2—y2满足方程寻•岂=0 . ex cy 证因为z=ln ... x2- y2=2"n" ' y2)所以:z x :z y___________.:x _________ x2y2；:y x2 y2匕(x2y2)-x2x y2-x2戸一(x2y2)2—(x2y2)2悬(x2y2)-y 2y x2-y2旷 (x2y2)2 _(x2y2)2'-2-2 2 2 2 2因此驚+吟=x —y 2+ y 2 -o ■ $2 cy2(x2+y2)2(x2+y2)2例8•证明函数u二1满足方程总•总•岂=0 .r ex2內2ezr其中r = J x2y2z2.证:u _ _丄工—_丄x _ __x_ dx r2ex r2r r3E2u _ 1 +3x 宜=1 +3x2_x2r3r4；x r3r5-2 / -2因此T U Uex2cy2cz2r3-x ' (r3)r6r3-x3r21LExr6同理专：：2u _ —丄.3^:z2r3r5_ _ 3 3(x2y2- z2)r53 3r2—3-0r3 r5r r(。

一偏导数的定义及其计算法二高阶偏导数三小结一、偏导数的定义及其计算法偏导数是多元函数在其中一点上关于其中一个自变量的导数，偏导数描述了函数在其中一点上沿着不同自变量方向的变化率。

对于二元函数（两个自变量的函数），偏导数可以分为两种类型：偏导数∂f/∂x表示函数关于x的偏导数；偏导数∂f/∂y表示函数关于y的偏导数。

在计算中，偏导数可以使用极限的定义进行求取，也可以通过求取对应变量的偏导数公式进行计算。

1.偏导数的计算法（1）使用极限的定义对于函数f(x,y)，若要求取关于x的偏导数，可以将y固定为常数，然后使用极限的定义计算：∂f/∂x = lim(h→0) (f(x + h, y) - f(x, y)) / h对于函数f(x,y)，若要求关于y的偏导数，可以将x固定为常数，然后使用极限的定义计算：∂f/∂y = lim(h→0) (f(x, y + h) - f(x, y)) / h（2）使用偏导数公式对于特定类型的函数，可以通过使用相应的偏导数公式来计算偏导数。

以下列举了几种常见的偏导数公式：a.对于幂函数f(x,y)=x^n，其中n为常数，偏导数公式为：∂f/∂x=n*x^(n-1)b.对于指数函数f(x,y)=e^x，其偏导数公式为：∂f/∂x=e^xc. 对于对数函数f(x, y) = log(x)，其偏导数公式为：∂f/∂x=1/xd. 对于三角函数f(x, y) = sin(x)，其偏导数公式为：∂f/∂x = cos(x)e.对于常数乘积规则，偏导数的计算法为：∂(c*f)/∂x=c*(∂f/∂x)二、高阶偏导数高阶偏导数是指对于多元函数的不同自变量求取多次偏导数的过程。

高阶偏导数描述了函数在其中一点上的更高阶导数信息，它可以对函数的多个变量进行多次的偏导运算。

1.二阶偏导数二阶偏导数是指对于二元函数，对其中一个变量求取一次偏导数后，再对另一个变量求取一次偏导数。

二阶偏导数可以通过求取一次偏导数的偏导数来计算，也可以通过直接求取函数的二阶导数来计算。

偏导数概念及其计算高阶偏导数偏导数第八章偏导数的定义及其计算法偏导数是微积分中的重要概念，它描述了函数在其中一点上沿着特定方向的变化率。

在多元函数中，一个函数可以依赖于多个自变量，而偏导数就是用来描述其中一个自变量对函数的变化的影响。

在定义上，对于一个函数$f(x, y)$，偏导数$\frac{\partialf}{\partial x}$表示函数在点$(x, y)$处沿着$x$轴方向的变化率。

类似地，偏导数$\frac{\partial f}{\partial y}$表示函数在点$(x, y)$处沿着$y$轴方向的变化率。

偏导数是通过将函数对应的自变量看作常数来计算的。

计算偏导数的方法与计算普通导数的方法类似，只需将未涉及到的变量视为常数进行求导即可。

例如，对于函数$f(x, y) = x^2 + 2xy +y^2$，我们可以先计算偏导数$\frac{\partial f}{\partial x}$，即将$y$视为常数，对$x$求导。

这样得到的结果是$2x + 2y$。

同理，计算偏导数$\frac{\partial f}{\partial y}$，即将$x$视为常数，对$y$求导，得到结果为$2x + 2y$。

因此，在该例中，$\frac{\partial f}{\partial x}$和$\frac{\partial f}{\partial y}$都等于$2x + 2y$。

高阶偏导数是指对一个函数进行多次求导得到的偏导数。

高阶偏导数的计算方法与一阶偏导数的计算方法类似，只需多次对相应的自变量求导即可。

例如，对于函数$f(x, y) = x^3 + 3x^2y + 3xy^2 + y^3$，我们可以首先计算一阶偏导数$\frac{\partial f}{\partial x}$和$\frac{\partial f}{\partial y}$，分别得到$3x^2 + 6xy + 3y^2$和$3x^2 + 6xy + 3y^2$。

一偏导数的定义及其计算法二高阶偏导数三小结一、偏导数的定义及其计算方法偏导数是多变量函数的导数的一种特殊形式，它描述了函数在其中一给定点沿着坐标轴的变化率。

在多变量函数中，每个自变量的变化都可能对函数的整体形态产生影响。

因此，偏导数的计算方法就是在保持其他自变量不变的情况下，对其中一自变量求导。

偏导数的定义：设有函数 f(x₁, x₂, ..., xn)，如果函数在点 P(x₁₀, x₂₀, ..., xn₀) 的其中一邻域内对自变量 xi(i=1,2,...,n)的偏分之存在极限，那么称函数 f 在点 P 对 xi 的偏导数为 f 在点 P 对 xi 的偏导数。

记作∂f/∂xi 或 fxi'(x₁₀, x₂₀, ..., xn₀)，即∂f/∂xi = fxi'(x₁₀, x₂₀, ..., xn₀) = lim[h→0] (f(x₁₀, ...,xi₀+h, ..., xn₀) - f(x₁₀, ..., xi₀, ..., xn₀))/h其中 xi₀是点 P 在第 i 个坐标轴上的对应坐标。

偏导数的计算方法：计算偏导数涉及多个自变量，按照求导的规则进行计算，只对关心的自变量求导，其它自变量视为常数，然后再将结果代入原函数。

二、高阶偏导数高阶偏导数是指对多变量函数连续求导的过程。

一般我们首先计算一阶偏导数，然后继续对一阶偏导数进行求导，得到二阶偏导数，以此类推。

高阶偏导数的求导规则与一阶偏导数相同，只需要按照规则连续求导即可。

高阶偏导数可以提供更多的信息，用于描述函数的曲率、凸凹性等性质。

例如，对于函数f(x,y)，首先计算一阶偏导数：∂f/∂x = fx'(x, y) = ...∂f/∂y = fy'(x, y) = ...然后对一阶偏导数继续求导，得到二阶偏导数：∂²f/(∂x)² = (fx')' = ...∂²f/(∂y)² = (fy')' = ...∂²f/∂x∂y = (fx')'(y) = ...∂²f/∂y∂x = (fy')'(x) = ...其中，∂²f/∂x²表示对x进行两次求导，即x的二阶偏导数。

以下是常见的偏导数公式大全：
1. 一阶偏导数：
-对于函数f(x, y)：
-∂f/∂x：对x 求偏导数
-∂f/∂y：对y 求偏导数
2. 高阶偏导数：
-对于函数f(x, y)：
-二阶偏导数：
-∂²f/∂x²：对x 求二阶偏导数
-∂²f/∂y²：对y 求二阶偏导数
-∂²f/∂x∂y：先对x 求偏导数，再对y 求偏导数
-∂²f/∂y∂x：先对y 求偏导数，再对x 求偏导数
-更高阶的偏导数类似地进行推导
3. 链式法则：
-对于复合函数z = f(g(x, y))：
-∂z/∂x = (∂f/∂g) * (∂g/∂x)
-∂z/∂y = (∂f/∂g) * (∂g/∂y)
4. 常见函数的偏导数：
-对于指数函数e^x：
-∂(e^x)/∂x = e^x
-对于对数函数ln(x)：
-∂(ln(x))/∂x = 1/x
-对于三角函数sin(x) 和cos(x)：
-∂(sin(x))/∂x = cos(x)
-∂(cos(x))/∂x = -sin(x)
以上是一些常见的偏导数公式，但并不是完整的列表。

在实际应用中，还会涉及更复杂的函数和多元变量的情况，需要根据具体问题进行推导和计算。

偏导数公式大全范文1.一阶偏导数一阶偏导数是指函数对单个自变量的偏导数，常用于分析函数在不同自变量方向上的变化率。

对于函数f(x1, x2, ..., xn)，它的一阶偏导数可以表示为：∂f/∂x1, ∂f/∂x2, ..., ∂f/∂xn2.高阶偏导数高阶偏导数是指函数对多个自变量的连续偏导数，用于描述函数在多个自变量方向上的变化率。

对于函数f(x1, x2, ..., xn)，它的二阶偏导数可以表示为：∂^2f/∂x1^2, ∂^2f/∂x1∂x2, ..., ∂^2f/∂xn^23.导数运算法则导数运算法则是求解偏导数的基本规则，包括：-常数导数法则：常数的导数为0，即∂/∂x(c)=0- 幂导数法则：幂函数（x^n）的导数为nx^(n-1)，即∂/∂x(x^n) =nx^(n-1)-指数函数导数法则：指数函数（e^x）的导数为e^x，即∂/∂x(e^x)=e^x- 对数函数导数法则：对数函数(ln(x))的导数为1/x，即∂/∂x(ln(x)) = 1/x- 乘法法则：对于函数f(x)和g(x)，其乘积的导数为(fg)' = f'g + fg'- 除法法则：对于函数f(x)和g(x)，其商的导数为(f/g)' = (f'g - fg')/g^24.链式法则链式法则用于求解复合函数的导数。

对于函数z=f(g(x))，其中f(x)和g(x)都可导，则其导数可以表示为：dz/dx = (df/dg)(dg/dx) = f'(g(x)) * g'(x)5.雅可比矩阵雅可比矩阵是多元函数的一阶偏导数按照特定顺序排列而成的矩阵。

J(f) = [∂f/∂x1, ∂f/∂x2, ..., ∂f/∂xn]6.黑塞矩阵黑塞矩阵是多元函数的二阶偏导数按照特定顺序排列而成的矩阵。

对于函数f(x1, x2, ..., xn)，它的黑塞矩阵可以表示为：H(f) = [[∂^2f/∂x1^2, ∂^2f/∂x1∂x2, ..., ∂^2f/∂x1∂xn],[∂^2f/∂x2∂x1, ∂^2f/∂x2^2, ..., ∂^2f/∂x2∂xn], ..., [∂^2f/∂xn∂x1,∂^2f/∂xn∂x2, ..., ∂^2f/∂xn^2]]以上是偏导数的公式总结，可以帮助您在求解偏导数的过程中快速正确地进行推导和计算。