1 偏微分
在一元函数中的微分就是函数的切线:
其实这个空间曲线是 这个空间平面与 这个空间曲面的交线:我们就把这个切线称为 对于 的偏微分。理解了这个,就可以举一反三,所有 ( 为常数)的平面与 的交线都是满足刚才说的特点:
这些交线上的点的切线都是 关于 的偏微分。
当然,如果 与 ( 为常数)得到的交线,这些交线的切线就是 关于 的偏微分。
总结,偏微分就是:
- 固定 ,变换 得到的就是 关于 的偏微分
- 固定 ,变换 得到的就是 关于 的偏微分
2 偏导数
偏微分理解了偏导数就好理解了,就是偏微分的斜率,现在你应该可以明白为什么我们在求 对于 的偏导数的时候,我们把 当作常数来看待了吧。
只是有一点需要说明,在三维空间中角度可以有不同的定义,计算斜率的时候我们是看下面这个 角:
总结,偏导数就是偏微分的斜率。
3 全微分
其实,不光是 或者 这样的平面可以和 相交得到交线,所有和 平面垂直的平面都相交得到交线,这些交线都会有切线(微分)。
这个平面相交得到的交线:
这个平面也可以:
如果这些切线都存在,并且这些切线(无数条)还都在同一个平面上(平面不是曲面),那么得到的这个平面就是全微分(也叫做切平面,或者说切空间):
总结,全微分就是:
- 360°微分都存在
- 并且这些微分要共面,得到的就是全微分
4 全微分与偏导数、偏微分的关系
根据全微分的定义,如果全微分存在,那么偏导数、偏微分一定存在。
但是反过来不一定成立,即偏导数、偏微分存在,全微分不一定存在。因为偏导、偏微分只是 或者 方向的导数、微分,而全微分要求的是360°无死角。
举个例子,看这个 :
我们考察这个函数在 点的全微分和偏微分的情况。
与 的交线是:
平面与曲面所交曲线与 轴重合:
在 点的微分(切线)很明显,就是交线( 轴)自身,因此关于 的偏微分存在。
但是 与 的交线是:
在 点形成了一个尖点,很显然此时的微分不存在:
因此,全微分不存在。
总结,全微分与偏导数、偏微分的关系:
- 全微分存在偏导数、偏微分一定存在
- 偏导数、偏微分存在全微分不一定存在