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偏导数基本公式

2025-10-27 00:43:01

问题描述:

偏导数基本公式,求路过的神仙指点,急急急!

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2025-10-27 00:43:01

偏导数基本公式】在多元函数的微分学中,偏导数是一个非常重要的概念。它用于描述一个多元函数在某一变量方向上的变化率,而其他变量保持不变。掌握偏导数的基本公式是学习多元微积分的基础。以下是对偏导数基本公式的总结,并通过表格形式进行清晰展示。

一、偏导数的定义

设函数 $ f(x, y) $ 在点 $ (x_0, y_0) $ 处有定义,若极限

$$

\lim_{h \to 0} \frac{f(x_0 + h, y_0) - f(x_0, y_0)}{h}

$$

存在,则称该极限为函数 $ f $ 在点 $ (x_0, y_0) $ 处关于 $ x $ 的偏导数,记作 $ f_x(x_0, y_0) $ 或 $ \frac{\partial f}{\partial x}(x_0, y_0) $。

同理,关于 $ y $ 的偏导数可定义为:

$$

\lim_{h \to 0} \frac{f(x_0, y_0 + h) - f(x_0, y_0)}{h}

$$

记作 $ f_y(x_0, y_0) $ 或 $ \frac{\partial f}{\partial y}(x_0, y_0) $。

二、常见函数的偏导数公式

以下是一些常见函数的偏导数公式,适用于多个变量的情况:

函数形式 关于 $ x $ 的偏导数 关于 $ y $ 的偏导数
$ f(x, y) = c $(常数) $ 0 $ $ 0 $
$ f(x, y) = x^n $ $ n x^{n-1} $ $ 0 $
$ f(x, y) = y^m $ $ 0 $ $ m y^{m-1} $
$ f(x, y) = x + y $ $ 1 $ $ 1 $
$ f(x, y) = x \cdot y $ $ y $ $ x $
$ f(x, y) = \sin x $ $ \cos x $ $ 0 $
$ f(x, y) = \cos y $ $ 0 $ $ -\sin y $
$ f(x, y) = e^x $ $ e^x $ $ 0 $
$ f(x, y) = \ln x $ $ \frac{1}{x} $ $ 0 $
$ f(x, y) = \ln y $ $ 0 $ $ \frac{1}{y} $

三、偏导数的运算规则

1. 和差法则:

若 $ f = u \pm v $,则

$$

\frac{\partial f}{\partial x} = \frac{\partial u}{\partial x} \pm \frac{\partial v}{\partial x}, \quad \frac{\partial f}{\partial y} = \frac{\partial u}{\partial y} \pm \frac{\partial v}{\partial y}

$$

2. 乘法法则:

若 $ f = u \cdot v $,则

$$

\frac{\partial f}{\partial x} = \frac{\partial u}{\partial x} \cdot v + u \cdot \frac{\partial v}{\partial x}, \quad \frac{\partial f}{\partial y} = \frac{\partial u}{\partial y} \cdot v + u \cdot \frac{\partial v}{\partial y}

$$

3. 链式法则:

若 $ f = f(u, v) $,且 $ u = u(x, y), v = v(x, y) $,则

$$

\frac{\partial f}{\partial x} = \frac{\partial f}{\partial u} \cdot \frac{\partial u}{\partial x} + \frac{\partial f}{\partial v} \cdot \frac{\partial v}{\partial x}

$$

同理可得关于 $ y $ 的偏导数。

四、高阶偏导数

除了对单个变量求偏导外,还可以对多个变量连续求偏导,得到高阶偏导数。例如:

- 二阶偏导数:

$$

\frac{\partial^2 f}{\partial x^2}, \quad \frac{\partial^2 f}{\partial y^2}, \quad \frac{\partial^2 f}{\partial x \partial y}, \quad \frac{\partial^2 f}{\partial y \partial x}

$$

一般来说,若函数的二阶偏导数连续,则混合偏导数相等,即:

$$

\frac{\partial^2 f}{\partial x \partial y} = \frac{\partial^2 f}{\partial y \partial x}

$$

五、总结

偏导数是研究多元函数局部变化的重要工具,其计算方法与一元函数类似,但需注意在求导过程中固定其他变量。掌握基本偏导数公式和运算规则,有助于进一步理解多元函数的极值、梯度、方向导数等内容。

附表:常见偏导数公式汇总

函数 偏导数(关于 $ x $) 偏导数(关于 $ y $)
$ c $ 0 0
$ x^n $ $ n x^{n-1} $ 0
$ y^m $ 0 $ m y^{m-1} $
$ x + y $ 1 1
$ x \cdot y $ $ y $ $ x $
$ \sin x $ $ \cos x $ 0
$ \cos y $ 0 $ -\sin y $
$ e^x $ $ e^x $ 0
$ \ln x $ $ \frac{1}{x} $ 0
$ \ln y $ 0 $ \frac{1}{y} $

通过以上内容,可以系统地了解偏导数的基本公式及其应用方式,为进一步学习多元微积分打下坚实基础。

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