Определение:
Пусть f(x,y,z) – действительная функция на открытом множестве G⊂Rn, M(x,y,z) — внутренняя точка области G и →u={cosα,cosβ,cosγ} – единичный фиксированный вектор из Rn. Найдется такое число t, что: x=x0+tcosα,y=y0+tcosβ,z=z0+tcosγ. Если существует конечный предел
limt→0f(x0+tcosα,y0+tcosβ,z0+tcosγ)−f(x0,y0,z0)t,
то его называют производной функции f(x,y,z) по направлению вектора →u и обозначают δfδu(x0).
Это скорость изменения функции в направлении →u.
При α=0 получаем частную производную по x и т.д.
Теорема: О вычислении производной по направлению
Формулировка:
Пусть действительная функция f(x,y,z) на открытом множестве G⊂R3 дифференцируема в точке M(x,y,z)∈G. Тогда в этой точке функция f имеет производные по направлению любого единичного вектора →u={cosα,cosβ,cosγ}, причем справедливо равенство,
δfδ→u(x0,y0,z0)=δfδx(x0,y0,z0)cosα+δfδy(x0,y0,z0)cosβ+δfδz(x0,y0,z0)cosγ.
Эта формула является следствием правила нахождения производной сложной функции.
Доказательство (По определению дифференцируемости):
f(x0+h,y0+h,z0+h)−f(x0,y0,z0)=A(h)+o(|h|) (h→0),
где A=df(x0,y0,z0). Пусть →u – единичный вектор. Положим h=t→u и, в силу линейности формы A, получим
f(x0+tcosα,y0+tcosβ,z0+tcosγ)−f(x0,y0,z0)=tA(cosα,cosβ,cosγ)+o(t) (t→0).
Отсюда, разделив на t обе части, будем иметь
limt→0f(x0+tcosα,y0+tcosβ,z0+tcosγ)−f(x0,y0,z0)t=A(cosα,cosβ,cosγ),
что и требовалось доказать.
Найти производную функции z(x,y)=3x2y−4x2y3 в точке M(1,2) в направлении →l(4,−3).
Находим частные производные
δzδx=6xy−8y3x
δzδy=3x2−12y2x2
Считаем эти производные в точке M(1,2)
δzδx(1,2)=12−64=−52
δzδy(1,2)=3−48=−45
Находим длину вектора
|→l|=√42+32=5
→l0=(45,−35)
cosα=45, cosβ=−35
Находим производную по направлению в точке M(1,2)
δzδl(M0)=−52⋅45+45⋅35=−14.6
Литература
- Конспект лекций Лысенко З.М
- В.И. Коляда, А.А. Кореновский, Курс лекций по математическому анализу, 2010. стр.279-281
- Л.Д.Кудрявцев Курс математического анализа, Том 2. стр. 265-270
Тест:
Навигация (только номера заданий)
0 из 3 заданий окончено
Вопросы:
- 1
- 2
- 3
Информация
Тест на тему: «Производная по направлению».
Вы уже проходили тест ранее. Вы не можете запустить его снова.
Тест загружается...
Вы должны войти или зарегистрироваться для того, чтобы начать тест.
Вы должны закончить следующие тесты, чтобы начать этот:
Результаты
Правильных ответов: 0 из 3
Ваше время:
Время вышло
Вы набрали 0 из 0 баллов (0)
Средний результат |
|
Ваш результат |
|
Рубрики
- Математический анализ 0%
- 1
- 2
- 3
- С ответом
- С отметкой о просмотре
-
Задание 1 из 3
1.
Количество баллов: 2Найти δfδ→u(1;2) для функции z=x5+y4+2x3y2+1, где вектор →u составляет угол 56Π с положительным направлением оси ox.
Правильно
Неправильно
-
Задание 2 из 3
2.
Количество баллов: 1Впишите слова в утверждение.
- Производная функции по направлению - это (скорость) (изменения) функции в направлении вектора u.
Правильно
Неправильно
-
Задание 3 из 3
3.
Количество баллов: 4Расставьте ответы в соответствии с условием.
Элементы сортировки
- 0
- −27√20541
- √3+1
-
Найти производную функции z=3 в точке M0(−1;2) по направлению вектора →u(1;3).
-
Найти производную функции z=x2+y2−xy+2x+3y в точке M0(−9;−1) по направлению, идущем от этой точки к точке N(4;5).
-
Найти производную функции z=3x2+2xy в точке M0(1;−2) по направлению вектора →u, составляющему угол 30° с положительным направлением оси ox.
Правильно
Неправильно