我们已经知道了在二维平面上的微分和积分,那么扩展到三维平面上的情况如何呢?这就是我们接下来要讨论的东西,我们以二元函数为主
二元函数就是二维平面空间上的子集,也就是平面点集
定义域
首先我们定义邻域,若 为平面 上的一个点, 是一个正数,与点 的距离小于 的点 的全体,就叫做 的 邻域,记作
这就是一个开邻域,同样也有去心邻域
如果不关心半径,可以去掉 ,表示P的某一个邻域
内点
如果 中每一个点都在点集 中,也就是 ,那么称 为 的内点
外点
如果 的每一个点都不在点集 中, ,那么称 为 的外点
边界点
如果对于所有 的邻域,都既有在 内的点,也有不属于 的点,那么称 为 的边界点
边界点的全体,就叫做 的边界,记作
的内点必定属于它,外点必定不属于它,而边界点既可能属于它,也可能不属于它
聚点
如果对于任意 ,P的去心邻域内总有 中的点,那么就称 为 的聚点。由这个定义可知,聚点既可以属于,也可以不属于 ,点集 或其边界 上的一切点都是 的聚点
开集
如果点集 的点都是其内点,那么称其为开集
闭集
如果点集 的边界 ,那么称 为闭集
连通集
如果点集 内的任意两个点都可以用折线连接起来,并且折线上的所有点都属于 ,那么称 为连通集
区域(也叫开区域)
连通的开集叫做开区域
闭区域
开区域连同其边界构成的点集称为闭区域
有界集
对于平面点集 ,如果存在一个 ,使得
那么 是有界集
无界集
不是有界集的点集称为无界集
多元函数
设 是 的一个非空子集,称映射 为定义在 上的二元函数,极为
其中 为自变量, 为因变量,
的全体构成的集合称为函数 的值域,即
定义域为闭区域的连续函数,值域也是闭区域
多元函数的极限
二元函数 在 的极限即,当 时, 无限趋近常数 , 那么就称 为 在 时的极限
或
使用 语言来描述:
对于二元函数 ,其有定义域 , 是 的一个聚点,如果存在常数 ,使得对于任意一个正数 ,都存在正数 ,使得 时
那么就有
二元函数的极限也叫做二重极限
求解多元函数的极限
我们使用极坐标来求二元函数的极限 ,这时候我们令 ,然后代入
求解即可
这时候,如果结果中仍然含有不能看作 的 ,那么就说明极限不存在,因为这里的 不是常数
分母的 次数不同,一般是没有极限的
多元函数的连续性
对于二元函数 ,其有定义域 , 是 的一个聚点且 ,如果
那么就说 在 连续,如果其在区间 上处处连续,那么就称其为 上的连续函数
导数
通过将 限制在过 的直线上将 标量化,再做比值来反映无穷小的因果关系
我们设定位向量 ,他就是上述直线的方向向量,若
中 存在,那么称 为 沿着 方向在 处的方向导数,记作
然后
若存在,那么称 为 沿着 方向在 处的直线导数,记作
而且左右的导数有关系
可微
我们将
定义为 在这 的微分,也可以写为
尾部是一个高阶无穷小
使用方向导数,我们也可以写为
其中
对一个变量求偏导的时候,另一个变量视为常数
充要条件
可微必连续
可微必可导(偏导数和方向导数都存在) 反过来不成立
偏导数
偏导数出现的原因是,二元函数的导数不好求解,于是我们将一个变量堪为常量,将函数变为一元函数,然后对剩下的变量求导,这就是偏导数
例如,对于在 有定义的 ,当y固定而x有增量 时,如果
存在,这就是 在 处对x的偏导数,记作
或
如果 在区域D内每一点都有对x的偏导数,那么这个偏导数就是 x, y的函数,称为 对自变量x的偏导函数 ,简称为偏导数记作
**如果 在 处处有定义,且在 连续,那么 在 处可微
高阶偏导数
对x求两次偏导数,记作
也可以混合求导,然后分母从左到右的顺序就是求导的顺序,注意是有顺序的!
高阶偏导数求导次序定理
如果偏导函数
在 处均连续,那么他们是相等的,因此初等函数的偏导数和求导次序无关
偏微分方程
恰如微分方程可以建立微分方程,偏微分函数也可以建立方程
譬如波动方程
拉普拉斯方程
及其三元形式
满足拉普拉斯方程的函数称为调和函数
部分信息可能已经过时



