二元函数可微 切平面逼近 线性函数逼近

news2025/6/8 20:08:20

二元函数 f ( x , y ) f(x, y) f(x,y) 在某点可微 的含义,可以从几何直观、严格数学定义、与一阶偏导数的关系三个层面来理解:


🔹1. 几何直观上的含义(最易理解)

二元函数 f ( x , y ) f(x, y) f(x,y) 在点 ( x 0 , y 0 ) (x_0, y_0) (x0,y0) 可微,意味着它的图像在这一点附近可以被一个切平面很好地逼近。
也就是说,在该点处,函数的图像看起来非常接近一个平面,这个平面就是它的切平面

✅ 图像上表现为“光滑无尖点、无突变”。


🔹2. 数学定义上的含义

函数 f ( x , y ) f(x, y) f(x,y) 在点 ( x 0 , y 0 ) (x_0, y_0) (x0,y0) 可微,指存在常数 A A A B B B,使得函数在该点附近有如下表达式:

f ( x , y ) = f ( x 0 , y 0 ) + A ( x − x 0 ) + B ( y − y 0 ) + o ( ( x − x 0 ) 2 + ( y − y 0 ) 2 ) f(x, y) = f(x_0, y_0) + A(x - x_0) + B(y - y_0) + o(\sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2}) f(x,y)=f(x0,y0)+A(xx0)+B(yy0)+o((xx0)2+(yy0)2 )

  • 其中 o ( ⋅ ) o(\cdot) o()高阶无穷小,意味着这个误差项随着 ( x , y ) → ( x 0 , y 0 ) (x, y) \to (x_0, y_0) (x,y)(x0,y0) 比线性项还快地趋近于 0。
  • A = f x ( x 0 , y 0 ) , B = f y ( x 0 , y 0 ) A = f_x(x_0, y_0),\quad B = f_y(x_0, y_0) A=fx(x0,y0),B=fy(x0,y0),也就是说偏导数就是这个线性逼近的系数。

等价形式:

f ( x , y ) − f ( x 0 , y 0 ) = f x ( x 0 , y 0 ) ( x − x 0 ) + f y ( x 0 , y 0 ) ( y − y 0 ) + 高阶小量 f(x, y) - f(x_0, y_0) = f_x(x_0, y_0)(x - x_0) + f_y(x_0, y_0)(y - y_0) + \text{高阶小量} f(x,y)f(x0,y0)=fx(x0,y0)(xx0)+fy(x0,y0)(yy0)+高阶小量


✅ 总结:可微的真正含义

层面含义
几何角度图像在该点附近是平滑的,有一个切平面可以很好地逼近函数图像
数学定义函数增量可以被一阶线性函数逼近,误差为高阶无穷小
和偏导关系偏导数存在且连续 ⇒ 可微,但反之不一定

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