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高等數學筆記第七天

隱函式求導方法:

       方法一:

           將y看成關於x的函式,即 (1/y)'=y'/2y 

       方法二:

           eg: xy + lnx + lny = 0;  令F(x,y)  = xy + lnx+ lny

           隱函式存在定理1

: dy /dx = - Fx/Fy,

                 其條件:1.具有連續偏導數;  2.F(x0,y0) =0,即存在零點;  3.Fy(x0,y0)=/=0,即隱函式的偏導不為零

二元隱函式微分法:

          隱函式存在定理2

                     , 

             注意,求偏導時,相互獨立,互不影響。

          解方程組時,可以運用行列式求解。

          雅可比行列式(隱函式存在定理3)

                 假設有: F=f(u,v),  u= f(x,y) , v = f(x,y)  以及  G = f(u,v),   u = f(x,y)  ,v = f(x,y) 

                 雅可比行列式(係數行列式):

  ,記作 J = 

                  則有:    ,   ,注意,它們不是對稱關係!!

方向導數:

       前提: 1.可微 ;   2.二元函式及以上;

        記法:  

       計演算法則: 

       推廣:(三元)

           

          其中,cosα,cosβ,cosγ  稱為: 方向餘弦;    cosα = x/ ||

        eg: 求 u = x^2*y*z 在點p(1,1,1) 沿方向(2,-1,3) 的方向導數

   梯度:

          grad f(x,y) = (fx,fy)向量;

   方向導數是一個數,梯度,是一個向量;

   方向導數 = 梯度 與 方向L的單位向量 的數量積

                  = 梯度 的模長  * 1 * cos <梯度,方向L>

多元函式的極值及求法:

       多元函式的極值的必要條件:

              fx(x0,y0)=0, fy(x0,y0) =0,即 有駐點

               注意: 極值點 --->駐點   駐點 --/->極值點

      多元函式有極值的充分條件:

              函式具有一階以及二階 連續偏導,令fxx(x0,y0) = A ,fyy(x0,y0)=C,令 fxy(x0,y0) = B

              1.當 AC-B^2 >0時,有極值,若 A<0,為極大值,若A>0,為極小值

              2.當AC-B^2 < 0時,無極值;

              3.當AC-B^2 = 0時,可能有極值,也可能沒有極值;(注意,若二階偏導含有xy,將駐點值代入即可)

      極值點可能是駐點,也可能是不可導點(常見的比如: 分母為零等限制);

      最值可能在極值點,也可能在定義域邊界上存在。

         二元函式的最值同理; 要麼將駐點值代入比對; 要麼將定義域邊界代入比對;

  條件極值:

         拉格朗日乘數法

               1.構造一個新函式  L(x,y)  = f(x,y)  + λφ(x,y), 其中,λ稱為拉格朗日乘子; φ(x,y)稱為條件函式;  f(x,y)稱為目標函式

               2.求駐點;

               3.構造方程組:  各自的偏導=0,以及 φ(x)=0;

          eg:   u = xyz, φ(x)=1/x+ 1/y + 1/z - 1/a;

             構造方程組:   ,

              思路: 對程式; ---> 求 xyz---->  回代  ---> 求x,y,z;

二重積分:

    物理意義: 

           曲頂柱體的體積:   V =   ,其中, λ=1/n

              記作:   

              其中,    D叫做積分割槽域; 

                          dσ叫做 面積元素;

                          f(x,y)叫做  被積函式;

                          x,y叫做   積分變數;

   性質:

            1.線性性: 即 滿足數乘分配律;

            2.積分割槽域的可加性

            3.若 f(x,y)  = 1 , 則 

            4.保不等式性: 若 f(x,y) <= g(x,y) ,則有:  

                  另:  

            5.積分估值: 若 f 在區域D中,有m<= f(x,y) <= M, 則有:  

            6.二重積分中值定理:

                     

                注:定積分的中值定理: 

二重積分的計算:

      1.利用直交座標計算D的面積:   分為x型面積;  y型面積;

        其中,x型面積: 

                   y型面積: 

             x型面積時,y的上下界只能用線段表示,而不能用點表示;

             同理,y型面積時,x的上下界只能用線段方程表示,而不能用點 表示;

        通常在計算時,可以將xy分開,因為針對特定的積分變數,其餘變數都視作常數。

           eg:       

         在選取x型與 y 型區域時候,利用好技巧則會簡化很多:

              eg: , D是直線y=x,y=0,x=π,所圍成的閉區域; (看成什麼型,就對什麼後積分)

              若先對y積分,再對x積分就很簡單;  (這是一個偶然性,但是從出題者角度來說則是必然性。)

              若先對x積分,再對y積分就很複雜;

         交換積分順序的技巧:

                1.畫出積分割槽域D;

                2.將要轉換的順序按照 直角座標系 法則進行轉換

              eg: I = 

    2.利用極座標系計算二重積分

           公式: 

           注意,在極座標系中,只有θ型區域

           當,f(r*cosθ, r*sinθ) = 1時,有: 

           eg: 計算: 

               注意,直交座標系與 極座標系的轉化 需要靠 D的區域作為橋樑;一般情況下,圓形等特殊圖形才可進行轉化;

                         鑑於θ極座標系中,只有θ型,而此時 ,r 的範圍: 注意,本質上仍是用關於θ的表示式表示,但是大多數情況下其表現出來的則是兩個單獨的點。 (這是由於圓錐曲線的特殊性等決定的。)

    3.二重積分換元法(用於輔助)

                 

           其中: J(u,v) 為雅可比行列式:  J(u,v)  =  ,此時x,y充當的中間函式,u,v充當的最終變數

                   前提: 1.x(u,v),y(u,v) 在D' 上具有一階 連續偏導數

                              2.J(u,v) =/=0

                              3.變換 D' -> D 是 一對一的;

計算原則與步驟:

                    1.畫出積分域;

                    2.選擇座標系;

                    3.確定積分序;

                    4.寫出積分限(根據圖示法, 或者 不等式)

                    5.計算要簡便(充分利用對稱性,充分利用圖形(即選取座標系,選取區域形狀方面))