证明多元函数可微:f(x,y)=x²-4x+y²的可微性求证
没问题,我来帮你把剩下的推导理清楚!你选的“偏导数连续则函数可微”这条判定路径完全正确,接下来只要两步就能收尾:
你已经求出了两个偏导数:
- 对x的偏导数:
f_x(x,y) = 2x - 4 - 对y的偏导数:
f_y(x,y) = 2y
这两个都是二元一次多项式函数,而初等函数(包括多项式)在其定义域内都是连续的。这里它们的定义域是整个二维平面(所有(x,y) ∈ ℝ²),所以不管你取哪个开区域A,这两个偏导数在A内必然是连续的——这是数学分析里的基础结论,直接用就可以。
根据你提到的核心定理:
如果多元函数在开区域A内存在偏导数,且所有偏导数在A内连续,那么该函数在A内可微。
现在我们已经满足了定理的两个前提条件:
- 函数
f(x,y) = x² - 4x + y²在任意开区域A内的偏导数f_x和f_y都存在(你已经求出了具体表达式,且对A内所有点都有定义); - 两个偏导数在A内连续(第一步已经确认)。
所以直接可以得出结论:函数f(x,y)在其定义域内的任意开区域A内都是可微的(也就是在整个二维平面上处处可微)。
如果你想绕开定理,从可微的原始定义出发证明,也可以这么做:
可微的定义是:对于点(x,y),存在常数A和B,当(Δx, Δy) → (0,0)时,满足:
$$\Delta f = f(x+\Delta x, y+\Delta y) - f(x,y) = A\Delta x + B\Delta y + o\left(\sqrt{(\Delta x)^2 + (\Delta y)^2}\right)$$
先计算Δf:
$$
\begin{align*}
\Delta f &= (x+\Delta x)^2 - 4(x+\Delta x) + (y+\Delta y)^2 - (x² - 4x + y²) \
&= x² + 2x\Delta x + (\Delta x)^2 - 4x - 4\Delta x + y² + 2y\Delta y + (\Delta y)^2 - x² + 4x - y² \
&= (2x-4)\Delta x + 2y\Delta y + (\Delta x)^2 + (\Delta y)^2
\end{align*}
$$
接下来看余项(\Delta x)^2 + (\Delta y)^2,它和\sqrt{(\Delta x)^2 + (\Delta y)^2}的比值为:
$$\frac{(\Delta x)^2 + (\Delta y)^2}{\sqrt{(\Delta x)^2 + (\Delta y)^2}} = \sqrt{(\Delta x)^2 + (\Delta y)^2}$$
当(Δx, Δy) → (0,0)时,这个比值趋近于0,说明余项是o\left(\sqrt{(\Delta x)^2 + (\Delta y)^2}\right),完全符合可微的定义,其中A = f_x(x,y),B = f_y(x,y),同样能证明函数可微。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Alex5207




