由于每个坐标都有一个偏导数算子,函数的偏导数可以被排列成一个向量,称为gydF4y2Ba梯度gydF4y2Ba 和表示gydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
⃗gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
vec{\微分算符}\ fgydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba :gydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
⃗gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
⟨gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
zgydF4y2Ba
⟩gydF4y2Ba
.gydF4y2Ba
\vec{\nabla} f = \左lang \frac{\偏f}{\偏x}, \frac{\偏f}{\偏y}, \frac{\偏f}{\偏z} \右rangle。gydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ⟨gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba fgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba fgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba zgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba fgydF4y2Ba ⟩gydF4y2Ba .gydF4y2Ba
上面的定义是针对三维情况编写的,但推广到任意维度(仅包括二维)是直接的;矢量的每个分量都是在独立坐标方向上的偏导数。操作员gydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
⃗gydF4y2Ba
vec{\ \微分算符}gydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
常被称为梯度算子或gydF4y2Ba倒三角形gydF4y2Ba .它可以看作是一个由导数算子组成的向量:gydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
⃗gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
⟨gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
zgydF4y2Ba
⟩gydF4y2Ba
.gydF4y2Ba
\vec{\nabla} = \左lang \frac{\partial}{\partial x}, \frac{\partial}{\partial y}, \frac{\partial}{\partial z} \右rangle。gydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba ⟨gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba zgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ⟩gydF4y2Ba .gydF4y2Ba
通过在向量运算如叉乘和点积中使用del运算符,新型的类导数对象称为gydF4y2Ba旋度gydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
⃗gydF4y2Ba
×gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba
⃗gydF4y2Ba
\vec{\nabla} \times \vec{F}gydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
×gydF4y2Ba FgydF4y2Ba
而且gydF4y2Ba散度gydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
⃗gydF4y2Ba
⋅gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba
⃗gydF4y2Ba
\ vc {\nabla} \cdot \ vc {F}gydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
⋅gydF4y2Ba FgydF4y2Ba
可以在向量场上定义吗gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba
⃗gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
⟨gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba
1gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
zgydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
zgydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
...gydF4y2Ba
⟩gydF4y2Ba
vec {F} = \ \大\ langle F (x, y, z),₂(x, y, z) \ ldots \ \大捕杀gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba ⟨gydF4y2Ba FgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ygydF4y2Ba ,gydF4y2Ba zgydF4y2Ba )gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba FgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ygydF4y2Ba ,gydF4y2Ba zgydF4y2Ba )gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ...gydF4y2Ba ⟩gydF4y2Ba 在多元微积分中。gydF4y2Ba
求向量场的散度gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba
⃗gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
⟨gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
⟩gydF4y2Ba
vec {F} = \ \左\ langle \压裂{x} {x ^ 2 + y ^ 2}, \压裂{y} {x ^ 2 + y ^ 2} \ \捕杀gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba ⟨gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ygydF4y2Ba ⟩gydF4y2Ba 原点以外的所有地方。gydF4y2Ba
将del算子视为一个向量,散度由点积给出gydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
⃗gydF4y2Ba
⋅gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba
⃗gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
⟨gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
⟩gydF4y2Ba
⋅gydF4y2Ba
⟨gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
⟩gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
0.gydF4y2Ba
□gydF4y2Ba
\开始vec{\微分算符}{对齐}\ \ cdot vec {F} & = \ \左\ langle \压裂{\部分}{x} \部分,\压裂{\部分}{\偏y} \ \纠正\ cdot \左右\ langle \压裂{x} {x ^ 2 + y ^ 2}, \压裂{y} {x ^ 2 + y ^ 2} \右\纠正\ \ & = \压裂{\部分}{x} \部分\离开(\压裂{x} {x ^ 2 + y ^ 2} \右)+ \压裂{\部分}{\偏y} \离开(\压裂{y} {x ^ 2 + y ^ 2} \) \ \ & = \压裂{2}{x ^ 2 + y ^ 2} + \压裂{- x (2 x)}{\大(x ^ 2 + y ^ 2 \大)^ 2}+ \压裂{- y (2 y)}{\大(x ^ 2 + y ^ 2 \大)^ 2}\ \ & = 0。\ _\方形\端{对齐}gydF4y2Ba
∇gydF4y2Ba
⋅gydF4y2Ba FgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba ⟨gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ⟩gydF4y2Ba ⋅gydF4y2Ba ⟨gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ygydF4y2Ba ⟩gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba xgydF4y2Ba )gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ygydF4y2Ba )gydF4y2Ba =gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba )gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba −gydF4y2Ba xgydF4y2Ba (gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba xgydF4y2Ba )gydF4y2Ba +gydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba )gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba −gydF4y2Ba ygydF4y2Ba (gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ygydF4y2Ba )gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba .gydF4y2Ba □gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
zgydF4y2Ba
xyzgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba ygydF4y2Ba zgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
zgydF4y2Ba
x + y + zgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba +gydF4y2Ba zgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
zgydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
zgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xy + yz + zxgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba ygydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba zgydF4y2Ba +gydF4y2Ba zgydF4y2Ba xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
x + ygydF4y2Ba
xgydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba
向量场的散度是多少gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba
⃗gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
⟨gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
zgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
zgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
⟩gydF4y2Ba
?gydF4y2Ba
\vec{F} = \左\rangle xy,yz,zx \右\rangle ?gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba ⟨gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ygydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ygydF4y2Ba zgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba zgydF4y2Ba xgydF4y2Ba ⟩gydF4y2Ba ?gydF4y2Ba
计算高阶偏导数的方法与单变量微积分的方法相同;简单地应用导数运算符多次:gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
\frac{\partial^2 f}{\partial x^2} = \frac{\partial}{\partial x}\frac{\partial f}{\partial x} = \partial^2_{xx} f = f_{xx},gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba fgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba fgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba fgydF4y2Ba =gydF4y2Ba fgydF4y2Ba xgydF4y2Ba xgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
最右边的表达式是关于的二阶偏导的另一种写法gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba .如果两个导数算子不相同,则高阶偏导数称为agydF4y2Ba混合偏导数gydF4y2Ba :gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
.gydF4y2Ba
\frac{\partial^2 f}{\partial x \partial y} = \frac{\partial x}\frac{\partial f}{\partial y} = \partial^2_{xy} f = f_{xy}。gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba fgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba fgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba fgydF4y2Ba =gydF4y2Ba fgydF4y2Ba xgydF4y2Ba ygydF4y2Ba .gydF4y2Ba
通常(但不总是!)不同方向的偏导数转换为:gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
.gydF4y2Ba
\partial^2_{xy} f = \partial^2_{yx} f。gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba fgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba fgydF4y2Ba .gydF4y2Ba
只要两个混合偏导数都是gydF4y2Ba连续gydF4y2Ba .gydF4y2Ba
表示函数的混合偏导数gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
{gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
≠gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
0gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
0gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
0gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
0gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
0gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
f (x, y) ={病例}\ \开始dfrac {xy (x ^ 2 y ^ 2)} {x ^ 2 + y ^ 2} \四& (x, y) \ neq 0(0,0) \ \ \ \ \四& (x, y) =(0,0) \{病例}结束gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ygydF4y2Ba )gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ⎩gydF4y2Ba ⎪gydF4y2Ba ⎪gydF4y2Ba ⎨gydF4y2Ba ⎪gydF4y2Ba ⎪gydF4y2Ba ⎧gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ygydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba −gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba )gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ygydF4y2Ba )gydF4y2Ba gydF4y2Ba =gydF4y2Ba (gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba )gydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ygydF4y2Ba )gydF4y2Ba =gydF4y2Ba (gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba )gydF4y2Ba
在原点不相等,即偏导数在gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba - - -gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
ygydF4y2Ba -方向不交换[1]。gydF4y2Ba
的偏导数的限制条件gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
fgydF4y2Ba 到gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba - - -gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
ygydF4y2Ba 相互重合。仅限于gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba 设在gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
0gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
(y = 0)gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba ygydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba )gydF4y2Ba 在原点之外,gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
\ partial_y fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba fgydF4y2Ba 看起来像gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
5gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
3.gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
∣gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
0gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
\ partial_y f = \压裂{x ^ 5 - 4 x ^ 3 y ^ 2 x y ^ 4} {(x ^ 2 + y ^ 2) ^ 2} \ Biggr | _ {y = 0} = x,gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba fgydF4y2Ba =gydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba )gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 5gydF4y2Ba −gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 3.gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba −gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ygydF4y2Ba 4gydF4y2Ba ∣gydF4y2Ba ∣gydF4y2Ba ∣gydF4y2Ba ∣gydF4y2Ba ∣gydF4y2Ba ygydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba =gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
并且仅限于gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
ygydF4y2Ba 设在gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
0gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
(x = 0)gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba xgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba )gydF4y2Ba 在原点之外,gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
\ partial_x fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba fgydF4y2Ba 相似的是gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
3.gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
5gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
.gydF4y2Ba
\ partial_x f = \压裂{x ^ 4 y + 4 x ^ 2 y ^仍^ 5}{(x ^ 2 + y ^ 2) ^ 2} = - y。gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba fgydF4y2Ba =gydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba )gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 4gydF4y2Ba ygydF4y2Ba +gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 3.gydF4y2Ba −gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 5gydF4y2Ba =gydF4y2Ba −gydF4y2Ba ygydF4y2Ba .gydF4y2Ba
在原点,gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
f \部分^ 2 _ {xy}gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba fgydF4y2Ba 对应于gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
\ partial_xgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 的gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
\ partial_y fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba fgydF4y2Ba 的导数gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
\ partial_y fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba fgydF4y2Ba 沿着gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba 设在。同样的,gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
f \部分^ 2 _ {y}gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba fgydF4y2Ba 对应于gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
\ partial_ygydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 的gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
\ partial_x fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba fgydF4y2Ba 的导数gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
\ partial_x fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba fgydF4y2Ba 沿着gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
ygydF4y2Ba 设在。由于只有一阶导数对坐标轴的限制关系到原点处二阶导数的计算,上述表达式就足够了。混合偏导数是gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba
≠gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
\partial^2_{xy} = 1 \neq \partial^2_{yx} = -1,gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba =gydF4y2Ba −gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
所以偏导gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
xgydF4y2Ba - - -gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
ygydF4y2Ba -方向不通勤。gydF4y2Ba
这是由于混合偏导数不能连续的结果,从图中可以看出gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
:gydF4y2Ba
f: \部分^ 2 _ {xy}gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba fgydF4y2Ba :gydF4y2Ba 混合二阶偏导数的不同值对应着从不同方向接近原点时混合二阶偏导数表达式的不同极限。gydF4y2Ba
就像一阶偏导数可以被排列成一个向量(梯度)一样,二阶偏导数可以被排列成一个矩阵,称为gydF4y2Ba海赛矩阵gydF4y2Ba :gydF4y2Ba
HgydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
∂gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
.gydF4y2Ba
H(f) = \begin{pmatrix} \frac{\partial^2 f}{\partial x^2} & \frac{\partial^2 f}{\partial x \partial y^2} & \frac{\partial^2 f}{\partial y^2} \end{pmatrix}。gydF4y2Ba
HgydF4y2Ba (gydF4y2Ba fgydF4y2Ba )gydF4y2Ba =gydF4y2Ba (gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba fgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba fgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba fgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba fgydF4y2Ba )gydF4y2Ba .gydF4y2Ba
黑森的行列式在描述一阶偏导数之一消失的临界点的稳定性时很重要,类似于的使用gydF4y2Ba二阶导数检验gydF4y2Ba 在单变量微积分中。gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
12 \大(x ^ 2 + y ^ 2 \大)^ 2gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba )gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
x ^ 2 + y ^ 2gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
X ^4+y^4 - 4xygydF4y2Ba
xgydF4y2Ba 4gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 4gydF4y2Ba −gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ygydF4y2Ba
对应于这个函数的黑森矩阵的行列式是什么gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
xgydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
+gydF4y2Ba
ygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
?gydF4y2Ba
F (x,y) = \frac12 \big(x²+y²\big)²?gydF4y2Ba
fgydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ygydF4y2Ba )gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 2gydF4y2Ba )gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ?gydF4y2Ba