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二元函数可微性验证求助:判断f(x,y)在(0,0)处的可微性

验证二元函数$f(x,y)=\frac{x3+y3}{x2+y2}$在$(0,0)$处的可微性

首先要告诉你,你的结论是正确的,这个函数在$(0,0)$处确实不可微,不过我们可以把推导过程再梳理得更贴合可微的严格定义,帮你巩固这类问题的判断逻辑:

第一步:计算偏导数(你的这部分推导完全正确)

根据偏导数的定义式:

  • $f_x(0,0)=\lim_{h\rightarrow0}\frac{f(h,0)-f(0,0)}{h}=\lim_{h\rightarrow0}\frac{\frac{h3}{h2}-0}{h}=1$
  • 同理,$f_y(0,0)=\lim_{h\rightarrow0}\frac{f(0,h)-f(0,0)}{h}=1$

第二步:用可微的核心定义验证

二元函数在$(0,0)$处可微的核心要求是:存在常数$A,B$(这里就是我们算出的偏导数1和1),使得
$$\lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{f(x,y)-f(0,0)-Ax-By}{\sqrt{x2+y2}}=0$$

我们代入$f(x,y)$和偏导数的值,先化简分子部分:
$$f(x,y)-0 -x -y = \frac{x3+y3}{x2+y2} -x -y = \frac{x3+y3 -x(x2+y2)-y(x2+y2)}{x2+y2}$$
展开并合并同类项后,分子变为:
$$x3+y3 -x^3 -xy^2 -yx^2 -y^3 = -xy(x+y)$$
因此整个极限式简化为:
$$\lim_{(x,y)\rightarrow(0,0)}\frac{-xy(x+y)}{(x2+y2)^{3/2}}$$

我们用特殊路径法验证这个极限:取$y=x$,当$x\rightarrow0^+$时,代入得:
$$\frac{-x\cdot x(2x)}{(2x2){3/2}} = \frac{-2x3}{2\sqrt{2}x3} = -\frac{1}{\sqrt{2}} \neq 0$$
这说明该极限不趋于0,完全满足不可微的判定条件。

给你几个避免此类错误的小技巧

  • 始终紧扣可微的严格定义,不要凭直觉拆分函数,核心要判断“余项是否是$\sqrt{x2+y2}$的高阶无穷小”;
  • 验证极限时,优先尝试特殊路径(比如$y=kx$、$y=x^n$),只要找到一条路径使得极限不为0,就能直接判定不可微;
  • 在分段点处计算偏导数时,一定要用定义式,不要直接求导后代入,避免因函数连续性问题出错。

内容的提问来源于stack exchange,提问作者userNoOne

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