ขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรสองตัว แนวคิดและตัวอย่างการแก้ปัญหายินดีต้อนรับสู่บทเรียนที่สามในหัวข้อ เอฟเอ็นพีซึ่งในที่สุดความกลัวทั้งหมดของคุณก็เริ่มเป็นจริง =) ตามที่หลายๆ คนสงสัย แนวคิดเรื่องการจำกัดยังขยายไปถึงฟังก์ชันของการโต้แย้งตามจำนวนที่ต้องการ ซึ่งเป็นสิ่งที่เราต้องหาคำตอบในวันนี้ อย่างไรก็ตาม มีข่าวในแง่ดีอยู่บ้าง ประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าขีดจำกัดนั้นเป็นนามธรรมในระดับหนึ่ง และงานที่เกี่ยวข้องนั้นหาได้ยากมากในทางปฏิบัติ ในเรื่องนี้ ความสนใจของเราจะมุ่งเน้นไปที่ขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรสองตัว หรือตามที่เราเขียนบ่อยกว่า: แนวคิด หลักการ และวิธีการหลายอย่างคล้ายคลึงกับทฤษฎีและการปฏิบัติของขีดจำกัด "ปกติ" ซึ่งหมายความว่า ในขณะนี้คุณควร สามารถค้นหาขีดจำกัดได้และที่สำคัญที่สุดคือเข้าใจว่ามันคืออะไร ขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรหนึ่งตัว- และเนื่องจากโชคชะตาพาคุณมาที่หน้านี้ เป็นไปได้มากว่าคุณจะเข้าใจและรู้อะไรมากมายอยู่แล้ว และถ้าไม่ ก็ไม่เป็นไร คุณสามารถเติมเต็มช่องว่างทั้งหมดได้ภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมงหรือไม่กี่นาที
เหตุการณ์ในบทเรียนนี้เกิดขึ้นในโลกสามมิติของเรา ดังนั้น จึงถือเป็นการละเลยครั้งใหญ่ที่จะไม่มีส่วนร่วมกับเหตุการณ์เหล่านั้น ก่อนอื่นเรามาสร้างชื่อเสียงกันก่อน ระบบพิกัดคาร์ทีเซียนในอวกาศ- ลุกขึ้นเดินไปรอบๆ ห้องกันหน่อยดีกว่าครับ... ...ชั้นที่เดินเป็นเครื่องบิน ลองวางแกนไว้ที่ไหนสักแห่ง... เช่น ในมุมใดก็ได้ เพื่อไม่ให้มันเกะกะ ยอดเยี่ยม. ตอนนี้โปรดเงยหน้าขึ้นและจินตนาการว่ามีผ้าห่มห้อยอยู่ที่นั่นแผ่ออกไป นี้ พื้นผิวระบุโดยฟังก์ชัน การเคลื่อนไหวของเราบนพื้นตามที่เข้าใจง่าย เลียนแบบการเปลี่ยนแปลงในตัวแปรอิสระ และเราสามารถเคลื่อนไหวได้ภายใต้ผ้าห่มเท่านั้น เช่น วี โดเมนของคำจำกัดความของฟังก์ชันของตัวแปรสองตัว- แต่ความสนุกเพิ่งเริ่มต้นเท่านั้น แมลงสาบตัวเล็กกำลังคลานอยู่บนผ้าห่มเหนือปลายจมูกของคุณ และไม่ว่าคุณจะไปที่ไหนก็ตาม มันก็คลานไปด้วย เรียกเขาว่าเฟรดดี้กันเถอะ การเคลื่อนที่จะจำลองการเปลี่ยนแปลงในค่าฟังก์ชันที่เกี่ยวข้อง (ยกเว้นกรณีที่พื้นผิวหรือเศษของมันขนานกับระนาบและความสูงไม่เปลี่ยนแปลง)- เรียนผู้อ่านชื่อเฟรดดี้ อย่าโกรธเคือง นี่เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับวิทยาศาสตร์
ลองใช้สว่านในมือแล้วเจาะผ้าห่ม ณ จุดใดก็ได้ ความสูงที่เราจะแสดงด้วย หลังจากนั้นเราจะติดเครื่องมือลงบนพื้นใต้รูอย่างเคร่งครัด - นี่จะเป็นจุด ตอนนี้ขอเริ่มต้น ปิดอนันต์เข้าใกล้จุดที่กำหนด และเรามีสิทธิที่จะเข้าใกล้วิถีใดก็ได้ (แน่นอนว่าแต่ละประเด็นรวมอยู่ในขอบเขตของคำจำกัดความ)- หากในทุกกรณีเฟรดดี้จะเป็น ปิดอนันต์คลานไปเจาะให้สูงและตรงความสูงนี้ จากนั้นฟังก์ชันจะมีขีดจำกัดที่จุดที่ :
ถ้า ณ เงื่อนไขที่กำหนดจุดที่เจาะจะอยู่ที่ขอบผ้าห่มจากนั้นขีด จำกัด จะยังคงอยู่ - สิ่งสำคัญคือต้องเข้า ย่านเล็กๆ โดยพลการเคล็ดลับของสว่านอย่างน้อยก็บางจุดจากขอบเขตของคำจำกัดความของฟังก์ชัน อีกทั้งเช่นเดียวกับกรณีของ ขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรหนึ่งตัว, ไม่สำคัญไม่ว่าฟังก์ชันจะถูกกำหนดไว้ที่จุดใดจุดหนึ่งหรือไม่ก็ตาม นั่นคือการเจาะของเราสามารถปิดผนึกด้วยหมากฝรั่งได้ (สมมติว่า ฟังก์ชันของตัวแปรสองตัวมีความต่อเนื่องกัน)
และสิ่งนี้จะไม่ส่งผลกระทบต่อสถานการณ์ - เราจำได้ว่าแก่นแท้ของขีดจำกัดนั้นบอกเป็นนัย การประมาณอย่างใกล้ชิดอย่างไม่สิ้นสุดและไม่ใช่ "แนวทางที่แม่นยำ" ไปยังจุดใดจุดหนึ่ง
อย่างไรก็ตาม ชีวิตที่ไร้เมฆถูกบดบังด้วยความจริงที่ว่า ต่างจากน้องชายของมันตรงที่ไม่มีขีดจำกัดมากกว่ามาก นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่ามักจะมีหลายเส้นทางไปยังจุดใดจุดหนึ่งบนเครื่องบินและแต่ละเส้นทางจะต้องนำเฟรดดี้ไปสู่การเจาะอย่างเคร่งครัด (ไม่จำเป็น “ปิดผนึกด้วยหมากฝรั่ง”)และเคร่งครัดเรื่องความสูง และมีพื้นผิวที่แปลกประหลาดมากเกินพอโดยมีความไม่ต่อเนื่องที่แปลกประหลาดพอๆ กัน ซึ่งนำไปสู่การละเมิดเงื่อนไขที่เข้มงวดนี้ในบางจุด
มาจัดกัน ตัวอย่างที่ง่ายที่สุด– หยิบมีดในมือแล้วตัดผ้าห่มโดยให้จุดที่เจาะอยู่บนเส้นตัด โปรดทราบว่าขีดจำกัด ยังคงมีอยู่สิ่งเดียวคือเราหมดสิทธิ์ก้าวเข้าสู่จุดใต้เส้นตัดเนื่องจากบริเวณนี้ “หลุด” ของ โดเมนฟังก์ชัน- ทีนี้ลองยกส่วนด้านซ้ายของผ้าห่มขึ้นอย่างระมัดระวังตามแกนและในทางกลับกันให้เลื่อนส่วนด้านขวาลงหรือปล่อยไว้กับที่ มีอะไรเปลี่ยนแปลงบ้าง? และสิ่งต่อไปนี้มีการเปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐาน: หากตอนนี้เราเข้าใกล้จุดหนึ่งทางด้านซ้าย เฟรดดี้จะอยู่ที่ระดับความสูงที่สูงกว่าถ้าเราเข้าใกล้จุดที่กำหนดทางด้านขวา ดังนั้นจึงไม่มีขีดจำกัด
และแน่นอน ขีดจำกัดที่ยอดเยี่ยมเราจะอยู่ที่ไหนถ้าไม่มีพวกเขา? ลองดูตัวอย่างที่เป็นประโยชน์ในทุกแง่มุม:
ตัวอย่างที่ 11
เราใช้สูตรตรีโกณมิติที่คุ้นเคยอย่างเจ็บปวด โดยที่เราจัดระเบียบโดยใช้เทคนิคประดิษฐ์มาตรฐาน ขีดจำกัดอันน่าทึ่งครั้งแรก :
มาดูพิกัดเชิงขั้วกันดีกว่า: ถ้าอย่างนั้น
ดูเหมือนว่าการแก้ปัญหากำลังมุ่งสู่ผลลัพธ์ที่เป็นธรรมชาติและไม่มีอะไรคาดเดาปัญหาได้ แต่ท้ายที่สุดแล้วมีความเสี่ยงสูงที่จะทำให้เกิดข้อบกพร่องร้ายแรง ซึ่งเป็นลักษณะที่ฉันได้บอกเป็นนัยไว้เล็กน้อยในตัวอย่างที่ 3 และอธิบายโดยละเอียดแล้ว หลังจากตัวอย่างที่ 6 จบก่อนแล้วจึงแสดงความคิดเห็น:
ลองหาคำตอบว่าทำไมการเขียนแค่ “อนันต์” หรือ “บวกอนันต์” ถึงไม่ดี ลองดูที่ตัวส่วน เนื่องจาก รัศมีเชิงขั้วมีแนวโน้มที่จะเป็น ไม่มีที่สิ้นสุดค่าบวก: . นอกจาก, . ดังนั้น เครื่องหมายของตัวส่วนและลิมิตทั้งหมดจึงขึ้นอยู่กับโคไซน์เท่านั้น: ถ้าเป็นมุมเชิงขั้ว (พิกัดควอเตอร์ที่ 2 และ 3: ); ถ้าเป็นมุมเชิงขั้ว (พิกัดไตรมาสที่ 1 และ 4: ).
ในเชิงเรขาคณิต หมายความว่าหากคุณเข้าใกล้จุดกำเนิดจากด้านซ้าย ก็จะถึงพื้นผิวที่กำหนดโดยฟังก์ชัน , ขยายไปจนถึงอนันต์:
|
พิจารณาระนาบและระบบ อ็อกซี่
พิกัดสี่เหลี่ยมคาร์ทีเซียนบนนั้น (สามารถพิจารณาระบบพิกัดอื่นได้)
จากเรขาคณิตวิเคราะห์ เรารู้ว่าสำหรับคู่ลำดับแต่ละคู่ (x, ย)
คุณสามารถเปรียบเทียบจุดเดียวได้ ม
เครื่องบินและในทางกลับกันไปยังแต่ละจุด ม
เครื่องบินสอดคล้องกับตัวเลขคู่เดียว
ดังนั้น ในอนาคตเมื่อพูดถึงประเด็นหนึ่งๆ เรามักจะหมายถึงคู่ของตัวเลขที่ตรงกัน (x, ย)
และในทางกลับกัน
คำจำกัดความ 1.2 ชุดคู่ของตัวเลข (x, ย)
ตอบสนองความไม่เท่าเทียมกัน เรียกว่า สี่เหลี่ยม (เปิด)
บนระนาบจะปรากฎเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า (รูปที่ 1.2) โดยมีด้านขนานกับแกนพิกัดและมีศูนย์กลางอยู่ที่จุดนั้น ม
0
(x
0
ย
0
)
.
สี่เหลี่ยมมักจะแสดงด้วยสัญลักษณ์ต่อไปนี้:
ให้เราแนะนำแนวคิดที่สำคัญสำหรับการอภิปรายเพิ่มเติม: ความใกล้เคียงของจุด
คำจำกัดความ 1.3 สี่เหลี่ยม δ
-สภาพแวดล้อม ( ย่านเดลต้า
) คะแนน ม
0
(x
0
ย
0
)
เรียกว่าสี่เหลี่ยม
มีศูนย์กลางที่จุดหนึ่ง ม
0
และมีด้านยาวเท่ากัน 2δ
.
คำจำกัดความ 1.4 หนังสือเวียน δ
- พื้นที่ใกล้เคียงของจุด ม
0
(x
0
ย
0
)
เรียกว่ารัศมีวงกลม δ
มีศูนย์กลางที่จุดหนึ่ง ม
0
นั่นคือชุดของคะแนน เอ็ม(เอ็กซ์วาย)
ซึ่งมีพิกัดที่ตอบสนองความไม่เท่าเทียมกัน:
คุณสามารถแนะนำแนวคิดของย่านใกล้เคียงและประเภทอื่นๆ ได้ แต่เพื่อจุดประสงค์ในการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ของปัญหาทางเทคนิค ส่วนใหญ่จะใช้เฉพาะย่านใกล้เคียงสี่เหลี่ยมและวงกลมเท่านั้น
ให้เราแนะนำแนวคิดต่อไปนี้เกี่ยวกับขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรสองตัว
ให้ฟังก์ชัน z = ฉ (x, y)
ที่กำหนดไว้ในบางพื้นที่ ζ
และ ม
0
(x
0
ย
0
)
- จุดที่อยู่ด้านในหรือบริเวณขอบของบริเวณนี้
คำจำกัดความ 1.5จำนวนจำกัด ก
เรียกว่า ขีดจำกัดของฟังก์ชัน f (x, y)
ที่
ถ้าเป็นจำนวนบวกใดๆ ε
คุณสามารถหาจำนวนบวกแบบนั้นได้ไหม δ
ความไม่เท่าเทียมกันนั้น
ดำเนินการครบทุกจุดแล้ว ม(x,ย)
จากภูมิภาค ζ
แตกต่างจาก ม
0
(x
0
ย
0
)
ซึ่งมีพิกัดที่ตอบสนองความไม่เท่าเทียมกัน:
ความหมายของคำจำกัดความนี้คือค่าของฟังก์ชัน ฉ (x, ย)
แตกต่างเพียงเล็กน้อยตามต้องการจากเลข A ที่จุดใกล้เคียงที่เล็กพอควร ม
0
.
ในที่นี้คำจำกัดความจะขึ้นอยู่กับพื้นที่ใกล้เคียงเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ม
0
- เราสามารถพิจารณาย่านใกล้เคียงที่เป็นวงกลมได้ ม
0
แล้วมันก็จำเป็นที่จะต้องเรียกร้องความไม่เท่าเทียมกัน
ทุกจุด ม(x,ย)
ภูมิภาค ζ
แตกต่างจาก ม
0
และเป็นไปตามเงื่อนไข:
ระยะห่างระหว่างจุด ม
และ ม
0
.
มีการใช้การกำหนดขีดจำกัดต่อไปนี้:
เมื่อพิจารณาจากคำจำกัดความของขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรสองตัว เราสามารถขยายทฤษฎีบทพื้นฐานเกี่ยวกับขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรตัวหนึ่งไปเป็นฟังก์ชันของตัวแปรสองตัวได้
ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีบทเกี่ยวกับขีดจำกัดของผลรวม ผลิตภัณฑ์ และผลหารของสองฟังก์ชัน
§3 ความต่อเนื่องของฟังก์ชันของตัวแปรสองตัว
ให้ฟังก์ชัน z = ฉ (x ,y)
กำหนดไว้ที่จุด ม
0
(x
0
ย
0
)
และบริเวณโดยรอบ
คำจำกัดความ 1.6 ฟังก์ชันเรียกว่าต่อเนื่องที่จุดหนึ่ง ม
0
(x
0
ย
0
)
, ถ้า
ถ้าฟังก์ชั่น ฉ(x,y)
อย่างต่อเนื่อง ณ จุดหนึ่ง ม
0
(x
0
ย
0
)
, ที่
เนื่องจาก
นั่นคือถ้าฟังก์ชั่น ฉ(x,y)
อย่างต่อเนื่อง ณ จุดหนึ่ง ม
0
(x
0
ย
0
)
จากนั้นอาร์กิวเมนต์ที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยในภูมิภาคนี้สอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นทีละน้อย ∆z
ฟังก์ชั่น z
.
การสนทนาก็เป็นจริงเช่นกัน หากการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยของอาร์กิวเมนต์สอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยของฟังก์ชัน ฟังก์ชันนั้นจะต่อเนื่องกัน
ฟังก์ชันที่ต่อเนื่องทุกจุดในโดเมนเรียกว่าฟังก์ชันต่อเนื่องในโดเมน สำหรับฟังก์ชันต่อเนื่องของตัวแปรสองตัว เช่นเดียวกับฟังก์ชันของตัวแปรตัวหนึ่งที่ต่อเนื่องกันในช่วงเวลาหนึ่ง ทฤษฎีบทพื้นฐานของไวเออร์ชตราสและโบลซาโน-คอชีนั้นใช้ได้
อ้างอิง: Karl Theodor Wilhelm Weierstrass (1815 - 1897) - นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน Bernard Bolzano (1781 - 1848) - นักคณิตศาสตร์และนักปรัชญาชาวเช็ก Augustin Louis Cauchy (1789 - 1857) - นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ประธาน French Academy of Sciences (1844 - 1857)
ตัวอย่างที่ 1.4 ตรวจสอบความต่อเนื่องของฟังก์ชัน
ฟังก์ชันนี้ถูกกำหนดให้กับค่าทั้งหมดของตัวแปร x
และ ย
ยกเว้นที่จุดกำเนิดซึ่งตัวส่วนไปที่ศูนย์
พหุนาม x
2
+ย
2
มีความต่อเนื่องทุกที่ ดังนั้นรากที่สองของฟังก์ชันต่อเนื่องจึงเป็นค่าต่อเนื่อง
เศษส่วนจะต่อเนื่องกันทุกที่ ยกเว้นจุดที่ตัวส่วนเป็นศูนย์ นั่นคือ ฟังก์ชันที่กำลังพิจารณาจะต่อเนื่องกันบนระนาบพิกัดทั้งหมด โอ้โห
ไม่รวมแหล่งกำเนิด
ตัวอย่างที่ 1.5 ตรวจสอบความต่อเนื่องของฟังก์ชัน z=tg(x,y)
- แทนเจนต์ถูกกำหนดและต่อเนื่องสำหรับค่าจำกัดทั้งหมดของอาร์กิวเมนต์ ยกเว้นค่าเท่ากับจำนวนคี่ของปริมาณ พาย/2
, เช่น. ยกเว้นจุดที่
สำหรับทุกการแก้ไข "เค"
สมการ (1.11) กำหนดไฮเปอร์โบลา ดังนั้นฟังก์ชันที่พิจารณาจึงเป็นฟังก์ชันต่อเนื่อง x และ y
ไม่รวมจุดที่วางอยู่บนเส้นโค้ง (1.11)
แนวคิดเกี่ยวกับฟังก์ชันของตัวแปรสองหรือสามตัวที่กล่าวถึงข้างต้นสามารถสรุปได้ในกรณีของตัวแปร
คำนิยาม.การทำงาน ตัวแปร
เรียกว่าฟังก์ชัน โดเมนของคำจำกัดความ
ซึ่งเป็นของ
และช่วงของค่าคือแกนจริง
ฟังก์ชันดังกล่าวสำหรับตัวแปรแต่ละชุด
จาก
ตรงกับตัวเลขเอกพจน์ .
ต่อไปนี้เราจะพิจารณาฟังก์ชันต่างๆ เพื่อความชัดเจน
ตัวแปร แต่คำสั่งทั้งหมดที่สร้างขึ้นสำหรับฟังก์ชันดังกล่าวยังคงเป็นจริงสำหรับฟังก์ชันของตัวแปรจำนวนมาก
คำนิยาม.ตัวเลข เรียกว่าลิมิตของฟังก์ชัน
ตรงจุด
ถ้าสำหรับแต่ละ
มีจำนวนดังกล่าว
ว่าต่อหน้าทุกคน
จากบริเวณใกล้เคียง
ยกเว้นจุดนี้ ความไม่เท่าเทียมกันยังคงอยู่
.
ถ้าขีดจำกัดของฟังก์ชัน
ตรงจุด
เท่ากับ แล้วสิ่งนี้จะแสดงอยู่ในแบบฟอร์ม
.
คุณสมบัติของขีดจำกัดเกือบทั้งหมดที่เราพิจารณาไว้ก่อนหน้านี้สำหรับฟังก์ชันของตัวแปรหนึ่งยังคงใช้ได้สำหรับขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว อย่างไรก็ตาม เราจะไม่จัดการกับการกำหนดขีดจำกัดดังกล่าวในทางปฏิบัติ
คำนิยาม.การทำงาน
เรียกว่าต่อเนื่อง ณ จุดหนึ่ง
หากตรงตามเงื่อนไขสามประการ:
1) มีอยู่
2) มีค่าฟังก์ชัน ณ จุดนั้น
3) ตัวเลขสองตัวนี้มีค่าเท่ากันคือ -
ในทางปฏิบัติ เราสามารถศึกษาความต่อเนื่องของฟังก์ชันได้โดยใช้ทฤษฎีบทต่อไปนี้
ทฤษฎีบท.ฟังก์ชันพื้นฐานใดๆ
มีความต่อเนื่องที่จุดภายในทั้งหมด (เช่น ไม่มีขอบเขต) ของขอบเขตคำจำกัดความ
ตัวอย่าง.ลองหาจุดทั้งหมดที่มีฟังก์ชันนี้กัน
อย่างต่อเนื่อง
ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ฟังก์ชันนี้ถูกกำหนดไว้ในวงกลมปิด
.
จุดภายในของวงกลมนี้คือจุดที่ต้องการของความต่อเนื่องของฟังก์ชันเช่น การทำงาน
ต่อเนื่องเป็นวงกลมเปิด
.
คำจำกัดความของแนวคิดเรื่องความต่อเนื่อง ณ จุดขอบเขตของขอบเขตคำจำกัดความ
ฟังก์ชั่นต่างๆ เป็นไปได้ แต่เราจะไม่หารือเกี่ยวกับปัญหานี้ในหลักสูตร
1.3 การเพิ่มขึ้นบางส่วนและอนุพันธ์บางส่วน
ต่างจากฟังก์ชันของตัวแปรตัวเดียว ฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัวมีการเพิ่มขึ้นที่แตกต่างกัน นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าการเคลื่อนไหวในเครื่องบิน
จากจุด
สามารถดำเนินการได้หลากหลายทิศทาง
คำนิยาม.เพิ่มขึ้นบางส่วนโดย ฟังก์ชั่น
ตรงจุด
เพิ่มขึ้นที่สอดคล้องกัน
เรียกว่าความแตกต่าง
การเพิ่มขึ้นนี้โดยพื้นฐานแล้วเป็นการเพิ่มขึ้นของฟังก์ชันของตัวแปรหนึ่งตัว
ที่ได้จากฟังก์ชัน
ที่ค่าคงที่
.
ในทำนองเดียวกันโดยเพิ่มขึ้นบางส่วน
ตรงจุด
ฟังก์ชั่น
เพิ่มขึ้นที่สอดคล้องกัน
เรียกว่าความแตกต่าง
การเพิ่มขึ้นนี้คำนวณเป็นค่าคงที่
.
ตัวอย่าง.อนุญาต
,
,
- ให้เราค้นหาส่วนเพิ่มบางส่วนของฟังก์ชันนี้โดย และโดย
ในตัวอย่างนี้มีค่าเท่ากับการเพิ่มอาร์กิวเมนต์
และ
การเพิ่มขึ้นของฟังก์ชันบางส่วนกลับกลายเป็นว่าแตกต่างออกไป เนื่องจากพื้นที่ของรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ามีด้านข้าง
และ
เมื่อเพิ่มด้านข้าง บน
เพิ่มขึ้นตามจำนวน
และด้วยด้านที่เพิ่มขึ้น บน
เพิ่มขึ้นโดย
(ดูรูปที่ 4)
จากข้อเท็จจริงที่ว่าฟังก์ชันของตัวแปรสองตัวมีการเพิ่มขึ้นสองประเภท จึงสามารถกำหนดอนุพันธ์ได้สองประเภท
คำนิยาม- อนุพันธ์บางส่วนเทียบกับ ฟังก์ชั่น
ตรงจุด
เรียกว่าขีดจำกัดของอัตราส่วนการเพิ่มขึ้นบางส่วนด้วย ของฟังก์ชันนี้ ณ จุดที่กำหนดจนเพิ่มขึ้น
การโต้แย้ง เหล่านั้น.
.
(1)
อนุพันธ์บางส่วนดังกล่าวจะแสดงด้วยสัญลักษณ์ ,,,- ในกรณีหลังนี้ให้ใช้อักษรกลม” ”
– “” หมายถึง คำว่า “ส่วนตัว”
ในทำนองเดียวกัน อนุพันธ์ย่อยเทียบกับ ตรงจุด
กำหนดโดยใช้ขีดจำกัด
.
(2)
สัญลักษณ์อื่น ๆ สำหรับอนุพันธ์ย่อยนี้: ,,.
อนุพันธ์บางส่วนของฟังก์ชันจะพบได้ตามกฎที่ทราบกันดีอยู่แล้วสำหรับการสร้างความแตกต่างให้กับฟังก์ชันของตัวแปรตัวหนึ่ง ในขณะที่ตัวแปรทั้งหมดยกเว้นตัวที่ใช้สร้างความแตกต่างให้กับฟังก์ชันจะถือว่าคงที่ ดังนั้นเมื่อพบ. ตัวแปร จะถูกนำมาเป็นค่าคงที่และเมื่อพบแล้ว - คงที่ .
ตัวอย่าง.ลองหาอนุพันธ์ย่อยของฟังก์ชันกัน
.
,
.
ตัวอย่าง.ลองหาอนุพันธ์ย่อยของฟังก์ชันของตัวแปรสามตัวกัน
.
;
;
.
ฟังก์ชันอนุพันธ์บางส่วน
กำหนดลักษณะอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟังก์ชันนี้ในกรณีที่ตัวแปรตัวใดตัวหนึ่งได้รับการแก้ไข
ตัวอย่างทางเศรษฐศาสตร์
แนวคิดหลักของทฤษฎีการบริโภคคือฟังก์ชันอรรถประโยชน์
- ฟังก์ชันนี้แสดงถึงอรรถประโยชน์ของชุด
โดยที่ x คือปริมาณของผลิตภัณฑ์ X, y คือปริมาณของผลิตภัณฑ์ Y จากนั้นอนุพันธ์ย่อย
จะเรียกว่าอรรถประโยชน์ส่วนขอบของ x และ y ตามลำดับ อัตราการทดแทนส่วนเพิ่ม
สิ่งดีต่อสิ่งหนึ่งเท่ากับอัตราส่วนของสาธารณูปโภคส่วนเพิ่ม:
.
(8)
ปัญหาที่ 1. ค้นหาอัตราส่วนเพิ่มของการทดแทน h คูณ y สำหรับฟังก์ชันอรรถประโยชน์ที่จุด A(3,12)
สารละลาย:ตามสูตร (8) ที่เราได้รับ
ความหมายทางเศรษฐกิจของอัตราการทดแทนส่วนเพิ่มอยู่ที่การพิสูจน์สูตร
, ที่ไหน -ราคาสินค้า X, - ราคาสินค้า U.
คำนิยาม.ถ้าฟังก์ชั่น
มีอนุพันธ์ย่อย ส่วนดิฟเฟอเรนเชียลย่อยคือนิพจน์
และ
ที่นี่
และ
.
ส่วนต่างบางส่วนคือส่วนต่างของฟังก์ชันของตัวแปรหนึ่งที่ได้มาจากฟังก์ชันของตัวแปรสองตัว
คงที่ หรือ .
ตัวอย่างจากเศรษฐศาสตร์
ลองใช้ฟังก์ชันคอบบ์-ดักลาสเป็นตัวอย่าง
ขนาด - ผลิตภาพแรงงานโดยเฉลี่ยเนื่องจากนี่คือปริมาณของผลิตภัณฑ์ (ในแง่มูลค่า) ที่ผลิตโดยคนงานหนึ่งคน
ขนาด
- ผลผลิตทุนเฉลี่ย - จำนวนผลิตภัณฑ์ต่อเครื่อง
ขนาด
- อัตราส่วนเงินทุนต่อแรงงานโดยเฉลี่ย - ต้นทุนของเงินทุนต่อหน่วยทรัพยากรแรงงาน
ดังนั้นอนุพันธ์ย่อย
เรียกว่าผลิตภาพส่วนเพิ่มของแรงงานเพราะเท่ากับมูลค่าเพิ่มของผลผลิตที่เกิดจากคนงานเพิ่มเติมอีกหนึ่งคน
เช่นเดียวกัน,
- ผลิตภาพเงินทุนส่วนเพิ่ม
ในทางเศรษฐศาสตร์มักถามคำถาม: ผลผลิตจะเปลี่ยนไปกี่เปอร์เซ็นต์หากจำนวนคนงานเพิ่มขึ้น 1% หรือหากเงินทุนเพิ่มขึ้น 1%? คำตอบสำหรับคำถามดังกล่าวได้มาจากแนวคิดเรื่องความยืดหยุ่นของฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องกับอาร์กิวเมนต์หรืออนุพันธ์เชิงสัมพันธ์ ค้นหาความยืดหยุ่นของผลผลิตเทียบกับแรงงาน
- แทนที่อนุพันธ์บางส่วนที่คำนวณข้างต้นเป็นตัวเศษ เราได้รับ
- ดังนั้นพารามิเตอร์ มีความหมายทางเศรษฐกิจที่ชัดเจน - เป็นความยืดหยุ่นของผลผลิตที่เกี่ยวข้องกับแรงงาน
พารามิเตอร์มีความหมายคล้ายกัน คือความยืดหยุ่นของผลผลิตข้ามกองทุน
5.1. ฟังก์ชันเวกเตอร์และฟังก์ชันพิกัด
5.2. ความต่อเนื่องของฟังก์ชันเวกเตอร์ ขีดจำกัดของฟังก์ชันเวกเตอร์
5. อนุพันธ์และอนุพันธ์ของฟังก์ชันเวกเตอร์ การตีความทางเรขาคณิต สมการของเส้นสัมผัสเส้นโค้งในปริภูมิ (5.3)
5.3. อนุพันธ์และอนุพันธ์ของฟังก์ชันเวกเตอร์
5.3.1. ความหมายและการตีความทางเรขาคณิตของอนุพันธ์ของฟังก์ชันเวกเตอร์
5.3.2. ดิฟเฟอเรนเชียลของฟังก์ชันเวกเตอร์
5.3.3. กฎของความแตกต่าง
5.3.4. สมการแทนเจนต์กับเส้นโค้งในปริภูมิสามมิติ
6. F: Rnr – ฟังก์ชันจริงของตัวแปรจริงหลายตัว (มาก)
6.1. ขีดจำกัดและความต่อเนื่องของฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว
6.1.1. ขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว ทำซ้ำขีดจำกัด
6.1.2. ความต่อเนื่องของฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว
6.1.3. คุณสมบัติของขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว คุณสมบัติของฟังก์ชันต่อเนื่องที่จุดหนึ่ง
8. ขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรสองตัว ความสัมพันธ์ระหว่างขีดจำกัดสองเท่าและการทำซ้ำ (6.1.1)
6.1.1. ขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว ทำซ้ำขีดจำกัด
9. คำจำกัดความของอนุพันธ์บางส่วน อนุพันธ์บางส่วนของคำสั่งซื้อที่สูงกว่า ทฤษฎีบทเกี่ยวกับอนุพันธ์แบบผสม (6.2.3, 6.3.1)
6.2.3. อนุพันธ์บางส่วน
10. คำจำกัดความของฟังก์ชันหาอนุพันธ์ของตัวแปรสองตัว ความเชื่อมโยงระหว่างความแตกต่างและความต่อเนื่องและการมีอยู่ของอนุพันธ์บางส่วน (6.2.4)
6.2.4. ความเชื่อมโยงระหว่างความแตกต่างและการมีอยู่ของอนุพันธ์บางส่วน ความเป็นเอกลักษณ์ของส่วนต่าง
11. ความแตกต่างของฟังก์ชันของตัวแปรสองตัว การคำนวณโดยประมาณโดยใช้ส่วนต่าง เครื่องบินแทนเจนต์ (6.2.1, 6.2.5, 6.2.6)
6.2.1. ฟังก์ชันหาอนุพันธ์ ดิฟเฟอเรนเชียล
6.2.6. การตีความทางเรขาคณิตของความสามารถในการหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันของตัวแปรสองตัว ระนาบแทนเจนต์กับกราฟของฟังก์ชัน
12. ความคงที่ของรูปแบบของส่วนต่าง สูตรอนุพันธ์ย่อยของฟังก์ชันเชิงซ้อน (6.2.9)
13. ความคงที่ของรูปแบบของส่วนต่าง สูตรสำหรับอนุพันธ์ย่อยของฟังก์ชันโดยนัย (6.2.10)
6.2.10. ทฤษฎีบทการดำรงอยู่ของฟังก์ชันโดยนัย อนุพันธ์ (อนุพันธ์บางส่วน) ของฟังก์ชันโดยนัย
14. อนุพันธ์เชิงทิศทาง สูตรการคำนวณนั่นเอง (6.2.7)
15. การไล่ระดับสีของฟังก์ชัน ณ จุดหนึ่ง ความหมายทางเรขาคณิตของทิศทางและความยาวของการไล่ระดับสี การวางแนวของการไล่ระดับสีที่สัมพันธ์กับเส้นระดับหรือพื้นผิว (6.2.8)
17. ส่วนต่างของคำสั่งที่สูงกว่า สูตรเทย์เลอร์สำหรับ f(X, y) (6.4)
18. เงื่อนไขที่จำเป็นและเพียงพอสำหรับปลายสุดของฟังก์ชัน f(X, y) (6.5.1-6.5.3)
6.5.2. เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับจุดปลายเฉพาะของฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว
6.5.3. เงื่อนไขที่เพียงพอสำหรับค่าสุดขีดเฉพาะที่ของฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว
20. ค่าที่ใหญ่ที่สุดและเล็กที่สุดของฟังก์ชันหาอนุพันธ์ของตัวแปรสองตัวในโดเมนที่มีขอบเขตปิด อัลกอริทึมสำหรับการค้นหาพวกมัน (6.7)
21. วิธีกำลังสองน้อยที่สุด (6.8)
6.1. ขีดจำกัดและความต่อเนื่องของฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว
ร
n
– พื้นที่เมตริก:
สำหรับ ม 0 (x,
x,…,
x) และ ม(เอ็กซ์ 1 ,
เอ็กซ์ 2 ,
…, เอ็กซ์ n)
( ม 0 ,
ม)
=
.
n= 2: สำหรับ ม 0
(x 0 ,
ย 0),
ม
(x,
ย)
( ม 0 ,
ม)
=
.
บริเวณใกล้เคียงของจุด ม 0
คุณ (ม 0) = – จุดภายในของรัศมีวงกลม โดยมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่
ม 0 .
6.1.1. ขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว ทำซ้ำขีดจำกัด
ฉ:
ร n รจะได้รับในบริเวณใกล้เคียงจุดใดจุดหนึ่ง ม 0 ยกเว้นบางทีจุดนั้นเอง ม 0 .
คำนิยาม.ตัวเลข กเรียกว่า ขีด จำกัดฟังก์ชั่น
ฉ(x 1 ,
x 2 ,
…, x n) ณ จุดนั้น ม 0 ถ้า
>0
>0
ม
(0 <
(ม
0
,
ม
)
<
|
ฉ
(ม
)
–
ก
|<
).
เอฟ แบบฟอร์มการบันทึก:
n
= 2:
นี้ ขีด จำกัด สองเท่า.
ในภาษาของย่านใกล้เคียงของจุด:
>0
>0
ม
(x
,
ย
)
(ม
คุณ
(ม
0
)\
ม
0
ฉ
(x
,
ย
)
คุณ
(ก
)).
(มอาจจะใกล้เข้ามาแล้ว ม 0 บนเส้นทางใดก็ได้)
ขีดจำกัดการทำซ้ำ:
และ
.
(มใกล้เข้ามา ม 0 แนวนอนและแนวตั้ง ตามลำดับ)
ทฤษฎีบทเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างลิมิตสองเท่าและลิมิตซ้ำ
ถ้า ขีดจำกัดสองเท่า
และขีดจำกัด
,
,
จากนั้น ทำซ้ำขีดจำกัด
,
และเท่ากับสองเท่า
หมายเหตุ 1.ข้อความตรงกันข้ามไม่เป็นความจริง
ตัวอย่าง.
ฉ
(x,
ย)
=
,
.
อย่างไรก็ตามขีดจำกัดสองเท่า
=
ไม่มีอยู่เนื่องจากในย่านใกล้เคียงของจุด (0, 0) ฟังก์ชันยังรับค่า "ไกล" จากศูนย์ด้วยเช่นถ้า x
= ย, ที่ ฉ
(x,
ย)
= 0,5.
หมายเหตุ 2แม้ว่า กร:
ฉ
(x,
ย)
ก
เมื่อเคลื่อนย้าย มถึง ม 0 ตามเส้นตรงใดๆ อาจไม่มีขีดจำกัดสองเท่า
ตัวอย่าง.ฉ
(x,
ย)
=
,ม 0
(0, 0). ม
(x,
ย)
ม 0
(0, 0)
สรุป: ไม่มีขีดจำกัด (สองเท่า)
ตัวอย่างการค้นหาขีดจำกัด
ฉ
(x,
ย)
=
, ม 0
(0, 0).
ให้เราแสดงว่าเลข 0 คือลิมิตของฟังก์ชัน ณ จุดนั้น ม 0 .
=
,
– ระยะห่างระหว่างจุด มและ ม 0 .(ใช้ความไม่เท่าเทียมกัน
,
ซึ่งตามมาจากความไม่เท่าเทียมกัน
)
ให้เราตั้งค่า > 0 และให้ = 2<
6.1.2. ความต่อเนื่องของฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว
คำนิยาม.
ฉ
(x,
ย ม 0
(x 0 ,
ย) มีความต่อเนื่อง ณ จุดนั้น คุณ (ม 0) หากมีการกำหนดไว้ในบางส่วน
0) และ ม
(0 < (ม 0 ,
ม)
<
|
ฉ
(ม)
– ฉ
(ม 0)|<
).
,ท. จ.>0 >0 ความคิดเห็น มฟังก์ชันสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างต่อเนื่องในบางทิศทางที่ผ่านจุดนั้น ม 0 .
6.1.3. คุณสมบัติของขีดจำกัดของฟังก์ชันของตัวแปรหลายตัว คุณสมบัติของฟังก์ชันต่อเนื่องที่จุดหนึ่ง
0 และมีความไม่ต่อเนื่องตามทิศทางอื่นหรือเส้นทางที่มีรูปร่างต่างกัน หากเป็นเช่นนั้น มันก็จะไม่ต่อเนื่องกัน ณ จุดนั้น เกิดขึ้น;
ความเป็นเอกลักษณ์ของขีดจำกัด ม 0 ,
ฟังก์ชันที่มีขีดจำกัดจำกัด ณ จุดหนึ่งกั้นบริเวณแถวๆ นี้ - กำลังดำเนินการคุณสมบัติลำดับและพีชคณิต
ขีด จำกัด ทะลุขีดจำกัด.
รักษาสัญญาณที่เท่าเทียมกันและความไม่เท่าเทียมกันที่อ่อนแอ มถ้าฟังก์ชันต่อเนื่อง ณ จุดนั้น ฉ
(ม
0
)
0
0 และ , ที่ฉ
(ม
ความหมายสัญญาณ) จะถูกเก็บรักษาไว้ คุณ (ม 0).
ในบางส่วนผลรวม ผลิตภัณฑ์ ผลหาร (ตัวส่วน 0) ฟังก์ชันต่อเนื่องเช่นกัน,
ฟังก์ชั่นต่อเนื่องฟังก์ชันที่ซับซ้อนต่อเนื่อง
ประกอบด้วยอันต่อเนื่องn 6.1.4. คุณสมบัติของฟังก์ชันต่อเนื่องบนเซตขอบเขตปิดที่เชื่อมต่อกัน
= 1, 2 และ 3คำจำกัดความ 1. เซต เรียกว่าสอดคล้องกัน
หากเมื่อรวมกับจุดสองจุดใดๆ แล้วมันจะมีเส้นโค้งต่อเนื่องเชื่อมระหว่างจุดทั้งสองด้วยคำจำกัดความ 2 ร nเรียกว่า ตั้ง เข้าจำกัด
.
n
= 1
n
= 2
n
= 3
.
ถ้ามันบรรจุอยู่ใน "ลูกบอล" บ้างตัวอย่าง.
ร 1 =
รเชื่อมต่อชุดขอบเขตปิด : ส่วน [,
ก];
รข 2: ส่วนเอบี กและ
เส้นโค้งต่อเนื่องใดๆ ที่มีปลายอยู่ที่จุด;
ใน
เส้นโค้งต่อเนื่องแบบปิด
;
วงกลม
ฉ:
ร n
รคำจำกัดความ 3 ร nต่อเนื่องกันบนเซตปิดที่เชื่อมต่อกัน ม 0
.
ทฤษฎีบท., ถ้า มากมายค่านิยม
ฉ:
ร n
รฟังก์ชั่นต่อเนื่อง [
บนชุดเชื่อมต่อที่มีขอบเขตปิดคือเซ็กเมนต์
,
ม
]
ม บนชุดเชื่อมต่อที่มีขอบเขตปิดคือเซ็กเมนต์
, ที่นี่- น้อยที่สุด
ม
, ก- ยิ่งใหญ่ที่สุด
ค่าของมัน ณ จุดของเซต ดังนั้น,ร
n
บนชุดการเชื่อมต่อที่มีขอบเขตปิดใดๆ