我想你大概不是來找定義的,我就說我對這玩意幾何上的理解。
微分總體是為了刻畫函式區域性的增長率,高中的導數就是斜率,那語境到多元函式的時候,我們怎麼辦?
z如果是一個三維裡的曲面,當某一個點可微的時候,我們怎麼刻畫這玩意的區域性增長率?
回想導數的定義:
這其實是在x0這個點附近找另一個f上的點,連起來,用y的變化量除以x的變化量這個代表這一部分的斜率,之後使兩點不斷靠近(取極限),作為一個點的定義,也就是斜率。這個過程就是所謂的線性逼近(用直線逼近嘛,很寫實了。。)
那當我們處理多元函式怎麼辦?
拿二元函式z(x,y)舉例好了,我們還想複製上面的過程。考察z(x0,y0)變成z(x0+h,y0+h)的變化量,定義出多元函式的類似導數的東西。
但是由於我們對多元函式缺乏‘斜率’這樣直觀好用的幾何物件(不信你可以試一試畫一個直三稜錐,想想怎麼表示這個你需要的‘斜率’),所以我們先想辦法考察我們會的東西:
把(x0,y0)的y軸固定下來,這樣相當於把二元函式z在y=y0這裡切出了一個切面,這樣我們就可以把切面上的這條曲線(當然這條曲線也屬於z)拿來算導數了:
因為固定了y,我們把這叫做z在x方向上的偏導數:
,類似的,我們很容易得到關於y的偏導數。
從這裡出發,我們再次利用線性逼近的思想,並推廣一步:
當我們考察的函式“鄰域”足夠小的時候,我們可以把曲面當成平面。這就是所謂線性近似的幾何解釋。注意是解釋,不是證明,不是定義。完整的定義,我們需要藉助鏈式法則,或(過時又被拋棄的)高階無窮小量給出。
得到全微分的定義(二元):
如果你喜歡代數證明的話,全微分是鏈式法則的直接結果。
是不是覺得還缺些什麼?之前說偏微分的時候把偏微分定義在曲面切平面上,不就可以定義更加自然的多元函式”導數“了嗎?事實上這就是所謂的方向導數,也就是任意某個方向的偏導數。如果想進一步瞭解,請找梯度與方向導數。
我想你大概不是來找定義的,我就說我對這玩意幾何上的理解。
微分總體是為了刻畫函式區域性的增長率,高中的導數就是斜率,那語境到多元函式的時候,我們怎麼辦?
z如果是一個三維裡的曲面,當某一個點可微的時候,我們怎麼刻畫這玩意的區域性增長率?
回想導數的定義:
這其實是在x0這個點附近找另一個f上的點,連起來,用y的變化量除以x的變化量這個代表這一部分的斜率,之後使兩點不斷靠近(取極限),作為一個點的定義,也就是斜率。這個過程就是所謂的線性逼近(用直線逼近嘛,很寫實了。。)
那當我們處理多元函式怎麼辦?
拿二元函式z(x,y)舉例好了,我們還想複製上面的過程。考察z(x0,y0)變成z(x0+h,y0+h)的變化量,定義出多元函式的類似導數的東西。
但是由於我們對多元函式缺乏‘斜率’這樣直觀好用的幾何物件(不信你可以試一試畫一個直三稜錐,想想怎麼表示這個你需要的‘斜率’),所以我們先想辦法考察我們會的東西:
把(x0,y0)的y軸固定下來,這樣相當於把二元函式z在y=y0這裡切出了一個切面,這樣我們就可以把切面上的這條曲線(當然這條曲線也屬於z)拿來算導數了:
因為固定了y,我們把這叫做z在x方向上的偏導數:
,類似的,我們很容易得到關於y的偏導數。
從這裡出發,我們再次利用線性逼近的思想,並推廣一步:
當我們考察的函式“鄰域”足夠小的時候,我們可以把曲面當成平面。這就是所謂線性近似的幾何解釋。注意是解釋,不是證明,不是定義。完整的定義,我們需要藉助鏈式法則,或(過時又被拋棄的)高階無窮小量給出。
得到全微分的定義(二元):
如果你喜歡代數證明的話,全微分是鏈式法則的直接結果。
是不是覺得還缺些什麼?之前說偏微分的時候把偏微分定義在曲面切平面上,不就可以定義更加自然的多元函式”導數“了嗎?事實上這就是所謂的方向導數,也就是任意某個方向的偏導數。如果想進一步瞭解,請找梯度與方向導數。