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微分 - 偏导 - 等等

时间:2019-12-07 19:27:10      阅读:112      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:意义   表示   导数   mamicode   遇到   条件   定义函数   它的   分割   

在一些数学公式的推导中,常会遇到 \(d\) / \(\partial\) / \(\delta\) ?\(\Delta\) 等符号。它们背后分别代表的数学含义?


增量

设变量 \(u\) 从它的一个初值 \(u_1\) 变到终值 \(u_2\),终值与初值的差 \(u_2 - u_1\) 就叫做变量 \(u\)增量,记作 \(\Delta u\),即
\[\Delta u = u_2 - u_1\]
增量 \(\Delta u\) 可以是正的,也可以是负的。

应该注意到:记号 \(\Delta u\) 并不表示某个量 \(\Delta\) 与变量 \(u\) 的乘积,而是一个整体不可分割的记号。

举例:
现在假定函数 \(y = f(x)\) 在点 \(x_0\) 的某一个邻域内是有定义的。当自变量 \(x\) 在这个邻域内从 \(x_0\) 变到 \(x_0 + \Delta x\) 时,函数值(或因变量) \(f(x)\) 相应地从 \(f(x_0)\) 变到 \(f(x_0 + \Delta x)\),因此,函数值(或因变量) \(f(x)\) 的对应增量为
\[\Delta y = f(x_0 + \Delta x) - f(x_0)\]
习惯上也称 \(\Delta y\) 为函数的增量。

由此,可以定义函数的连续性,如下:

设函数 \(y = f(x)\) 在点 \(x_0)\) 的某一个邻域内有定义,如果
\[\lim_{\Delta x \to 0} \Delta y = \lim_{\Delta x \to 0} [ f(x_0 + \Delta x) - f(x_0) ] = 0 \quad ,\]
那么就称函数 \(y = f(x)\) 在点 \(x_0\) 连续。


导数

导数的定义: 设函数 \(y = f(x)\) 在点 \(x_0\) 的某个邻域内有定义,当自变量 \(x\)\(x_0\) 处取得增量 \(\Delta x\) (点 \(x_0 + \Delta x\) 仍在该邻域内)时,相应地,因变量取得增量 \(\Delta y = f(x_0 + \Delta x) - f(x_0)\);如果 \(\Delta y\)\(\Delta x\) 之比当 \(\Delta x \to 0\) 时的极限存在,那么称函数 \(y = f(x)\) 在点 \(x_0\) 处可导,并称这个极限为函数 \(y = f(x)\) 在点 \(x_0\) 处的导数,记为 \(f'(x)\) ,即
\[f'(x) = \lim_{\Delta x \to 0} \frac{\Delta y}{\Delta x} = \lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x_0 + \Delta x) - f(x_0)}{\Delta x} \quad ,\]
也可记作 \(y'|_{x = x_0}\),$\(\frac{dy}{dx}|_{x = x_0}\)\(\frac{df(x)}{dx}|_{x=x_0}\)

可以看出,导数等于 增量 \(\Delta y\) 和增量 \(\Delta x\) 比值的极限


函数的微分

微分的定义: 设函数 \(y=f(x)\) 在某区间内有定义,\(x_0\)\(x_0 + \Delta x\) 在这个区间内,如果函数的增量
\[\Delta y = f(x_0 + \Delta x) - f(x_0)\]
可表示为
\[\Delta y = A \Delta x + \it{o}(\Delta x)\]
其中,\(A\) 是不依赖于 \(\Delta x\) 的常数,那么,称函数 \(y=f(x)\) 在点 \(x_0\) 是可微的,而 \(A\Delta x\) 叫做函数 \(y = f(x)\) 在点 \(x_0\) 相应于自变量增量 \(\Delta x\) 的微分,即
\[dy = A \Delta x\]

注: 函数 \(f(x)\) 在点 \(x_0\) 可微的充要条件是函数 \(f(x)\) 在点 \(x_0\) 可导。

微分的意思是指,因变量的增量 \(\Delta y\),是自变量的增量 \(\Delta x\) 的线性函数,且记作 \(dy\)。所以说,应该有如下关系:
增量 \(\Delta y\) 是实实在在、真实的变化值。只是,只有当可导的时候,才能写成 \(\Delta y = A \Delta x + \it{o}(\Delta x) = dy + \it{o}(\Delta x) = dy + \it{o}(dy)\) 。也就是说,微分,只是增量 \(\Delta y\) 的一个近似值。

另外一点,在定义导数的时候,也是用增量 \(\Delta y\)\(\Delta x\) 的比值来定义的,并不是用微分。只是,导数的值,刚好等于微分 \(dy\)\(dx\) 的比值。

注二: 通常把自变量 \(x\) 的增量 \(\Delta x\) 称为自变量的微分,记作 \(dx\),即 \(dx = \Delta x\)。于是,函数 \(y = f(x)\) 的微分又可记作为
\[dy = f'(x) dx\]
从而有
\[\frac{dy}{dx} = f'(x)\]
这就是说,函数的微分 \(dy\) 与自变量的微分 \(dx\) 之商等于该函数的导数,因此,导数也叫作“微商”。

微分的几何意义

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原文地址:https://www.cnblogs.com/wghou09/p/12002660.html

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