高等数学笔记第七天

隐函数求导方法:

       方法一:

           将y看成关于x的函数,即 (1/y)'=y'/2y 

       方法二:

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

           隐函数存在定理1: dy /dx = - Fx/Fy,

                 其条件:1.具有连续偏导数;  2.F(x0,y0) =0,即存在零点;  3.Fy(x0,y0)=/=0,即隐函数的偏导不为零

二元隐函数微分法:

          隐函数存在定理2

                     , 

             注意,求偏导时,相互独立,互不影响。

          解方程组时,可以运用行列式求解。

          雅可比行列式(隐函数存在定理3)

                 假设有: 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(系数行列式):  ,记作 J = 

                  则有:    ,   ,注意,它们不是对称关系!!

方向导数:

       前提: 1.可微 ;   2.二元函数及以上;

        记法:  

       计算法则: 

       推广:(三元)

           

          其中,cosα,cosβ,cosγ  称为: 方向余弦;    cosα = x/ ||

        eg: 求 u = x^2*y*z 在点p(1,1,1) 沿方向(2,-1,3) 的方向导数

   梯度:

          grad f(x,y) = (fx,fy)向量;

   方向导数是一个数,梯度,是一个向量;

   方向导数 = 梯度 与 方向L的单位向量 的数量积

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

多元函数的极值及求法:

       多元函数的极值的必要条件:

              fx(x0,y0)=0, fy(x0,y0) =0,即 有驻点

               注意: 极值点 --->驻点   驻点 --/->极值点

      多元函数有极值的充分条件:

              函数具有一阶以及二阶 连续偏导,令fxx(x0,y0) = A ,fyy(x0,y0)=C,令 fxy(x0,y0) = B

              1.当 AC-B^2 >0时,有极值,若 A<0,为极大值,若A>0,为极小值

              2.当AC-B^2 < 0时,无极值;

              3.当AC-B^2 = 0时,可能有极值,也可能没有极值;(注意,若二阶偏导含有xy,将驻点值代入即可)

      极值点可能是驻点,也可能是不可导点(常见的比如: 分母为零等限制);

      最值可能在极值点,也可能在定义域边界上存在。

         二元函数的最值同理; 要么将驻点值代入比对; 要么将定义域边界代入比对;

  条件极值:

         拉格朗日乘数法

               1.构造一个新函数  L(x,y)  = f(x,y)  + λφ(x,y), 其中,λ称为拉格朗日乘子; φ(x,y)称为条件函数;  f(x,y)称为目标函数

               2.求驻点;

               3.构造方程组:  各自的偏导=0,以及 φ(x)=0;

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

             构造方程组:   ,

              思路: 对程序; ---> 求 xyz---->  回代  ---> 求x,y,z;

二重积分:

    物理意义: 

           曲顶柱体的体积:   V =   ,其中, λ=1/n

              记作:   

              其中,    D叫做积分区域; 

                          dσ叫做 面积元素;

                          f(x,y)叫做  被积函数;

                          x,y叫做   积分变量;

   性质:

            1.线性性: 即 满足数乘分配律;

            2.积分区域的可加性

            3.若 f(x,y)  = 1 , 则 

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

                  另:  

            5.积分估值: 若 f 在区域D中,有m<= f(x,y) <= M, 则有:  

            6.二重积分中值定理:

                     

                注:定积分的中值定理: 

二重积分的计算:

      1.利用直交坐标计算D的面积:   分为x型面积;  y型面积;

        其中,x型面积: 

                   y型面积: 

             x型面积时,y的上下界只能用线段表示,而不能用点表示;

             同理,y型面积时,x的上下界只能用线段方程表示,而不能用点 表示;

        通常在计算时,可以将xy分开,因为针对特定的积分变量,其余变量都视作常数。

           eg:       

         在选取x型与 y 型区域时候,利用好技巧则会简化很多:

              eg: , D是直线y=x,y=0,x=π,所围成的闭区域; (看成什么型,就对什么后积分)

              若先对y积分,再对x积分就很简单;  (这是一个偶然性,但是从出题者角度来说则是必然性。)

              若先对x积分,再对y积分就很复杂;

         交换积分顺序的技巧:

                1.画出积分区域D;

                2.将要转换的顺序按照 直角坐标系 法则进行转换

              eg: I = 

    2.利用极坐标系计算二重积分

           公式: 

           注意,在极坐标系中,只有θ型区域

           当,f(r*cosθ, r*sinθ) = 1时,有: 

           eg: 计算: 

               注意,直交坐标系与 极坐标系的转化 需要靠 D的区域作为桥梁;一般情况下,圆形等特殊图形才可进行转化;

                         鉴于θ极坐标系中,只有θ型,而此时 ,r 的范围: 注意,本质上仍是用关于θ的表达式表示,但是大多数情况下其表现出来的则是两个单独的点。 (这是由于圆锥曲线的特殊性等决定的。)

    3.二重积分换元法(用于辅助)

                 

           其中: J(u,v) 为雅可比行列式:  J(u,v)  =  ,此时x,y充当的中间函数,u,v充当的最终变量

                   前提: 1.x(u,v),y(u,v) 在D' 上具有一阶 连续偏导数

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

                              3.变换 D' -> D 是 一对一的;

计算原则与步骤:

                    1.画出积分域;

                    2.选择坐标系;

                    3.确定积分序;

                    4.写出积分限(根据图示法, 或者 不等式)

                    5.计算要简便(充分利用对称性,充分利用图形(即选取坐标系,选取区域形状方面))

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