多元函数 / 偏导数
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偏导数

本页给出标准定义、定理条件、可执行步骤,并用图示梳理从识别到应用的关系。

一、基本概念

标准定义

二元函数 f 对 x 的偏导定义为 fₓ(x₀,y₀)=lim[h→0](f(x₀+h,y₀)−f(x₀,y₀))/h,求导时固定 y。

固定 y → 坐标方向极限 → 连续偏导⇒可微

二、基本定理

条件与结论

若偏导数在点的邻域存在且连续,则 f 在该点可微;仅有偏导存在不能推出连续或可微。

条件检查

定理只在上述连续性、可导性、定义域、方向或收敛条件满足时使用。

三、基本方法

题目中的执行顺序
  1. 明确要求 fₓ 还是 fᵧ,并固定其余变量。
  2. 按单变量求导规则计算。
  3. 若题目问可微性,补充连续偏导或直接检验增量定义。

例题提示:把另一个自变量也一起求导会改变问题;偏导存在不等于全微分存在。

四、推广应用

综合题中的连接

可推广到方向导数、梯度、切平面和多元 Taylor 展开。

五、易错辨析

反例与边界

易错与例子:把另一个自变量也一起求导会改变问题;偏导存在不等于全微分存在。

检查条件、变量/方向、边界与等号条件,再确认结论没有超出题设。

偏导数:从定义到应用固定 y坐标方向极限连续偏导⇒可微
偏导数的识别、条件核对与计算路径

公式速查

公式、条件、场景

链式法则与全微分

z=f(u,v):zx=fuux+fvvx
dz=fxdx+fydy

条件:变量关系可微;偏导时固定其余自变量。

场景:复合函数、隐函数和方向导数。

极值判别

D=fxxfyy−fxy²
D>0,fxx>0:极小
D>0,fxx<0:极大;D<0:鞍点

条件:先求全部驻点;D=0 无结论。

场景:局部极值、闭区域最值和约束极值。

重积分与坐标

dA=r dr dθ
dV=r dz dr dθ
dV=ρ²sinφ dρ dφ dθ

条件:换坐标时同时替换区域、函数和体积元。

场景:圆、球、旋转体和三重积分。

积分定理

Green:∮Pdx+Qdy=∬(Qx−Py)dA
Gauss:∯F·n dS=∭div F dV

条件:闭合边界、方向和光滑性满足定理要求。

场景:环流、通量和边界积分化简。

使用边界

公式必须和适用条件一起使用;遇到边界、端点、方向或定义域问题,先检查条件再代入。