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基本概念 ​

发表: 5/29/2026 更新: 6/1/2026 字数: 0 字 时长: 0 分钟

1.极限 ​

一元极限:设函数 f(x) 在 x=x0 的某个去心领域内有定义.

If∀ ε>0,∃ δ>0, 当 0<|x−x0|<δ 时,恒有:

|f(x)−A|<ε.
记作 limx→x0f(x)=A.

limx→x0f(x) ∃ ⟺f(x0−0)、f(x0+0) ∃ 且相等

二元极限:f(x,y) 在 M0(x0,y0) 的某个去心领域内有定义.

If∀ ε>0,∃ δ>0, 当 0<(x−x0)2+(y−y0)2<δ 时,恒有:

|f(x,y)−A|<ε.
记作 lim(x,y)→(x0,y0)f(x,y)=A 或 limx→x0y→y0f(x,y)=A.

2.连续 ​

一元连续:设函数 f(x) 在 x=x0 的某个去心领域内有定义,且 limx→x0f(x)=f(x0)
则称函数 f(x) 在 x=x0 处连续.

f(x) 在 x=x0 连续⟺f(x0−0)=f(x0+0)=f(x0)

二元连续:设函数 f(x,y) 在 (x0,y0) 的某领域内有定义
且 lim(x,y)→(x0,y0)f(x,y)=f(x0,y0) 或
lim(Δx,Δy)→(0,0)Δz=lim(Δx,Δy)→(0,0)[f(x0+Δx,y0+Δy)−f(x0,y0)]=0
则称 f(x,y) 在 (x0,y0) 处连续.

3.偏导数 ​

一元导数:y=f(x) 在 x=a 领域内有定义

IflimΔx→0ΔyΔx ∃ 或 limx→af(x)−f(a)x−a ∃

① f(x)在x=a可导⟹⟸⧸⟸f′(x)在x=a连续
② f′(a) ∃ ⟺f−(a),f+(a) ∃ 且相等
③ f(x) 在 x=a 可导⟺f(x) 在 x=a 可微

二元偏导数:z=f(x,y) 在 P0(x0,y0)∈D 领域内有定义
Δzx=f(x0+Δx,y0)−f(x0,y0)
Δzy=f(x0,y0+Δy)−f(x0,y0)
Δz=f(x0+Δx,y0+Δy)−f(x0,y0)

IflimΔx→0ΔzxΔx ∃ 或 limx→x0f(x,y0)−f(x0,y0)x−x0 ∃

称 f(x,y) 在 (x0,y0) 处关于 x 可偏导,极限值为对 x 的偏导数.
记作 fx(x0,y0) 或 ∂z∂x|(x0,y0)

IflimΔy→0ΔzyΔy ∃ 或 limy→y0f(x0,y)−f(x0,y0)y−y0 ∃

称 f(x,y) 在 (x0,y0) 处关于 y 可偏导,极限值为对 y 的偏导数.
记作 fy(x0,y0) 或 ∂z∂y|(x0,y0)


称 limΔx→0f(x+Δx,y)−f(x,y)Δx≜fx(x,y) 为 f(x,y) 关于 x 的偏导函数
设 z=f(x,y) 的偏导函数 fx(x,y),fy(x,y) 仍可偏导
∂2z∂x2=fxx(x,y),∂2z∂y2=fyy(x,y);
∂2z∂x∂y=∂∂y(∂z∂x)≜fxy(x,y);
∂2z∂y∂x=∂∂x(∂z∂y)≜fyx(x,y).

例1.讨论函数 f(x,y)={xyx2+y2,(x,y)≠(0,0),0,(x,y)=(0,0) 在(0,0)处的连续性和偏导的存在性.

若 lim(x,y)→(0,0)f(x,y)=f(0,0) 则 f(x,y) 在 (0,0) 处连续当 y=kx 时,lim(x,y)→(0,0)f(x,y)=lim(x,y)→(0,0)k1+k2≠f(0,0)=0 (k≠0)∴f(x,y) 在 (0,0) 处不连续fx(0,0)=limΔx→0f(Δx,0)−f(0,0)Δx=0,fy(0,0)=limΔy→0f(0,Δy)−f(0,0)Δy=0fx(0,0)=fy(0,0)=0∴f(x,y) 在 (0,0) 处偏导数存在

例2.讨论函数 f(x,y)={x3+y3x2+y2,(x,y)≠(0,0),0,(x,y)=(0,0) 在(0,0)处的连续性和偏导的存在性.

∵0≤|x3+y3x2+y2|≤|x3x2+y2|+|y3x2+y2|=|x3x2|+|y3y2|=|x|+|y|∴0≤lim(x,y)→(0,0)|f(x,y)|≤lim(x,y)→(0,0)|x|+|y|=0∴lim(x,y)→(0,0)|f(x,y)|=f(0,0)=0⇒f(x,y) 在 (0,0) 处连续fx(0,0)=limΔx→0f(Δx,0)−f(0,0)Δx=ΔxΔx=1fy(0,0)=limΔy→0f(0,Δy)−f(0,0)Δy=ΔyΔy=1∴f(x,y) 在 (0,0) 处偏导数存在

4.可(全)微 ​

一元可微:y=f(x) 在 x=a 领域内有定义
Δy=f(a+Δx)−f(a)(=f(x)−f(a))

IfΔy=AΔx+o(Δx)

称 f(x) 在 x=a 处可微:
AΔx≜dy|x=a∥Adx

① f(x) 在 x=a 可微⟺f(x) 在 x=a 可微
② If Δy=AΔx+o(Δx),则A=f′(a)
③ If y=f(x)可导,则dy=df(x)=f′(x)dx.

二元可微:z=f(x,y) 在 (x0,y0) 领域内有定义
Δz=f(x0+Δx,y0+Δy)−f(x0,y0) 或
Δz=f(x,y)−f(x0,y0) (Δx=x−x0,Δy=y−y0)
If Δz=AΔx+BΔy+o((Δx)2+(Δy)2)
其中 A,B 仅依赖于 (x,y) 而与 Δx,Δy 无关,则称 f(x,y) 在点 (x,y) 可(全)微
其中 AΔx+BΔy 称为 f(x,y) 在点 (x,y) 的全微分,记作 dz:
AΔx+BΔy≜dz|(x0,y0)∥Adx+Bdy

①
当 Δz=AΔx+BΔy+o((Δx)2+(Δy)2)⇒A=fx(x0,y0), B=fy(x0,y0)则称 f(x,y) 在 (x0,y0) 可微.
可微⟹⟸⧸⟸可偏导
② 当 z=f(x,y) 处处可微,则:可微⟹⟸⧸⟸连续
且 dz=∂z∂xdx+∂z∂ydy.
③ 一阶偏导连续⟹⟸⧸⟸可微

证明
  1. 可微⇒连续
    若 f(x,y) 在 (x0,y0) 处可微:Δz=fx(x0,y0)Δx+fy(x0,y0)Δy+o((Δx)2+(Δy)2), ρ=(Δx)2+(Δy)2Δz=f(x0+Δx,y0+Δy)−f(x0,y0)lim(Δx,Δy)→(0,0)Δz=lim(Δx,Δy)→(0,0)[fx(x0+Δx,y0+Δy)−fx(x0,y0)]=lim(Δx,Δy)→(0,0)fx(x0,y0)Δx+fy(x0,y0)Δy+o(ρ)=0∴lim(Δx,Δy)→(0,0)f(x0+Δx,y0+Δy)=f(x0,y0).

  2. 一阶偏导连续⇒可微
    全增量 Δz=f(x0+Δx,y0+Δy)−f(x0,y0)=f(x0+Δx,y0+Δy)−f(x0,y0+Δy)+f(x0,y0+Δy)−f(x0,y0)根据 Lagrange 中值定理:∴f(x0+Δx,y0+Δy)−f(x0,y0+Δy)=fx(x0+θ1Δx,y0+Δy)Δx (0≤θ1≤1)f(x0,y0+Δy)−f(x0,y0)=fy(x0,y0+θ2Δy)Δy (0≤θ2≤1)Δz=fx(x0+θ1Δx,y0+Δy)Δx+fy(x0,y0+θ2Δy)Δy根据连续的无穷小形式:limx→x0f(x)=f(x0)+α (x→x0,α→0)lim(Δx,Δy)→(0,0)Δz=(fx(x0,y0)+α)Δx+(fy(x0,y0)+β)Δy=fx(x0,y0)Δx+fy(x0,y0)Δy+αΔx+βΔy此时 {Δx→0,Δy→0⇒{α→0,β→0,ρ→0∵ρ=(Δx)2+(Δy)2≥Δx或Δy∴0≤lim(Δx,Δy)→(0,0)|αΔx+βΔyρ|≤lim(Δx,Δy)→(0,0)(|Δxρα|+|Δyρβ|)≤lim(Δx,Δy)→(0,0)(|α|+|β|)=0由夹逼定理得:lim(Δx,Δy)→(0,0)|αΔx+βΔyρ|=0∴αΔx+βΔy=o(ρ)得 Δz=fx(x0,y0)Δx+fy(x0,y0)Δy+o(ρ)⇒f(x,y) 在 (x0,y0) 处可微.

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