多元函数微分法及其应用习题课省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第九章第九章 多元函数微分法及其多元函数微分法及其 应用习题课应用习题课第1页一、内容回顾一、内容回顾1、偏导数定义与计算、偏导数定义与计算求函数求函数 偏导数偏导数 时，只要把时，只要把 暂时看作常量暂时看作常量而对而对 求导数；求导数；类似地，可求函数类似地，可求函数 偏导数偏导数 。第2页2、多元复合函数求导法则、多元复合函数求导法则 zuvtzuvxy(1)设设 和和 在点在点 可导，可导，在对应点在对应点 处可微，则复合函数处可微，则复合函数 在点在点 处可导，且处可导，且(2)设设 和和 存在偏导数，存在偏导数，在对应点在对应点 处可微，则复合函数处可微，则复合函数 在在 偏导数存在偏导数存在,且且 第3页3、隐函数导数、隐函数导数由方程由方程 确定一元函数确定一元函数 ，则有：则有：由方程由方程 确定二元函数确定二元函数 ，则有则有：第4页（2）.由四个变量两个方程由四个变量两个方程 所组成方程组所组成方程组,如如确定隐函数两个二元函数确定隐函数两个二元函数方程组方程组（1）.由三个变量两个方程所组成方程组由三个变量两个方程所组成方程组,如如确定隐函数两个确定隐函数两个一元函数一元函数方程组方程组.,yvxvyuxu 求求由方程组所确定隐函数由方程组所确定隐函数第5页4、多元函数微分学在几何上应用、多元函数微分学在几何上应用4.1 空间曲线切线与法平面空间曲线切线与法平面切线方程：切线方程：法平面方程：法平面方程：(1),则则 在点在点 处处第6页切线方程：切线方程：法平面方程：法平面方程：切线方程和法平面方程可转化为第切线方程和法平面方程可转化为第(2)种形式，种形式，求出求出 即可即可.(3),则则 在点在点 处处(2),则则 在点在点 处处第7页4.2 曲面切平面与法线曲面切平面与法线切平面方程：切平面方程：法线方程：法线方程：切平面方程：切平面方程：法线方程：法线方程：(2),则则 在点在点 处处(1),则则 在点在点 处处第8页5.方向导数与梯度方向导数与梯度 二元函数二元函数 在点在点 沿方向沿方向 方向导数为方向导数为 计算公式:其中其中 是方向是方向 方向余弦。方向余弦。其中 为x 轴到方向 转角第9页函数函数 在点处梯度为一向量:第10页6.无条件极值求法步骤：无条件极值求法步骤：求求 ,得全部驻点得全部驻点.求求 ,由判别驻点为极值点条件，验证由判别驻点为极值点条件，验证 符号符号,确定极值点，求出极值。确定极值点，求出极值。第11页7.条件极值求法：条件极值求法：(拉格朗日（拉格朗日（Lagrange）乘数法）乘数法)求出极值。求出极值。结构辅助函数结构辅助函数 求解求解 得出得出 ,就是可能极值点就是可能极值点.函数函数 在条件在条件 下可能极值点下可能极值点:第12页二、经典例题、经典例题 解：解：例例1、求函数求函数 偏导数偏导数.分析：因为函数分析：因为函数 为三元函数，所以，应分别求对为三元函数，所以，应分别求对 偏导数。偏导数。第13页解：依据复合函数求偏导法则得解：依据复合函数求偏导法则得 例例2、设、设 ,而而 ,求求 和和 .第14页 例例3、设设 ,其中其中 含有二阶连续偏导数，含有二阶连续偏导数，求求 解：解：设设 ,则则第15页利用隐函数求导公式得利用隐函数求导公式得 解解:令令 ,则则 例例4、设设 ,求求 .分析：假如令分析：假如令 ,则由方程则由方程 确定了确定了 是是 函数函数,求求 用隐函数求导法。但在求二阶混合用隐函数求导法。但在求二阶混合偏导时，应采取直接求导法。偏导时，应采取直接求导法。第16页计算计算 时，我们采取在方程两边同时对时，我们采取在方程两边同时对 求偏导方法求偏导方法,并视并视 为为 二元函数二元函数 ,得得第17页 例例5、求曲线、求曲线 在点在点 处切线及法平面方程。处切线及法平面方程。分析：此曲线为参数方程分析：此曲线为参数方程,只需求出切向量为只需求出切向量为再求出切点，即可得切线及法平面方程。再求出切点，即可得切线及法平面方程。解：解：因因 故在点故在点 处切向量为处切向量为第18页所求切线方程为：所求切线方程为：法平面方程为：法平面方程为：即即 第19页解：解：将所给方程两边同时对将所给方程两边同时对 求导得求导得 例例6、求曲线、求曲线 在点在点 处切线及法平面方程处切线及法平面方程.分析：此曲线由方程组形式给出分析：此曲线由方程组形式给出,也可视为参数方程也可视为参数方程,视视 为参数，则切向量为为参数，则切向量为 ,利用直接求导法对方程利用直接求导法对方程组求导组求导,解方程组解方程组,求出切向量求出切向量,即可得切线及法平面方程。即可得切线及法平面方程。第20页所以所求切线方程为所以所求切线方程为法平面方程为法平面方程为 即即 则曲线在点则曲线在点 处切向量为处切向量为 解得解得 第21页故切平面方程故切平面方程为为即即 法线方程为法线方程为 例例7、求旋转抛物面、求旋转抛物面 在点在点 处切平面及处切平面及 法线方程法线方程.分析：此曲面可看成分析：此曲面可看成 形式形式,只需求出只需求出法向量法向量 ,即可求出切平面及法线方程即可求出切平面及法线方程.解：设解：设 ,则则 第22页解：沿梯度方向方向导数最大。梯度为解：沿梯度方向方向导数最大。梯度为 所以所以 方向导数最大值为方向导数最大值为 例例8、问函数、问函数 在点在点 处处沿什么方向方向沿什么方向方向 导导数最大？并求此方向数最大？并求此方向导导数最大数最大值值。第23页解：解：解方程组解方程组 得驻点得驻点 又又 所以所以 故故 例例9、求函数、求函数 极值极值.所以所以 在点在点 处取得最小值处取得最小值,且为且为第24页求解求解 所以，函数极大值为所以，函数极大值为 得得 为唯一驻点为唯一驻点.例例10、求函数、求函数 在适合附加条件在适合附加条件 下极大值下极大值.分析：求函数分析：求函数 在适合附加条件在适合附加条件 下极大值下极大值,为条件极值，用拉格朗日乘数法。为条件极值，用拉格朗日乘数法。解：解：结结构构辅辅助函数助函数 第25页