Предположим, что в уравнении
z = F(u, v) (22)
и и v являются функциями независимых переменных х и у:
и = j(х, у), v = y(х, у). (23)
В этом случае z есть сложная функция от аргументов х и у.
Конечно, z можно выразить и непосредственно через х и у, а именно:
z = F(j(х, у), y(х, у)) (24)
Пример 20. Пусть z = u3v3 + u + 1, u = x2 + y2, v = ex+y + 1, тогда
z = (х2 + у2)3(ех+у + 1)3 +(х2 + у2) + 1.
Предположим, что функции F(u, v), j(х, у), y(х, у) имеют непрерывные частные производные по всем аргументам и поставим задачу: вычислить , , исходя из уравнений (22) и (23) и не используя уравнение (24).
Дадим аргументу х приращение Dх, сохраняя значение у неизменным. Тогда в силу уравнения (23) u и v получат приращения и .
Но если u и v получают приращения и , то и функция z = F(u, v) получит приращение Dz, определяемое формулой (12):
.
Разделим все члены этого равенства на Dх:
.
Если Dх ® 0, то ® 0 и ® 0 (в силу непрерывности функций u и v). Но тогда g1 и g2 тоже стремятся к кулю. Переходя к пределу при Dх ® 0, получим
, , , ,
и, следовательно,
. (25)
Если бы мы дали приращение Dу переменной у, а х оставили неизменным, то с помощью аналогичных рассуждений нашли бы
. (26)
Пример 21. , , .
, , , , , .
Используя формулы (25) и (26), находим
,
.
В последнем выражении вместо u и v необходимо подставить и соответственно.
Для случая большего числа переменных формулы (25) и (26) естественным образом обобщаются.
Например, если w = F(z, u, v, s) есть функция четырех аргументов z, u, v, s, а каждый из них зависит от х и у, то формулы (25) и (26) принимают вид
(27)
Если задана функция z = F(x, y, u, v), где y, u, v в свою очередь зависят от одного аргумента х:
у = f(x), u = j(x), v = y(х),
то, по сути дела, z является функцией только одной переменной х и можно ставить вопрос о нахождении производной .
Эта производная вычисляется по первой из формул (27)
;
но так как y, u, v – функции только одного х, то частные производные обращаются в обыкновенные, кроме того, ; поэтому
. (28)
Эта формула носит название формулы для вычисления полной производной (в отличие от частной производной ).
Пример 22. , .
, , .
Формула (28) дает в этом случае следующий результат:
.
Найдем далее полный дифференциал сложной функции, определенной равенствами (22) и (23).
Подставляя выражения и , определенные равенствами (25) и (26), в формулу полного дифференциала
. (29)
Дата добавления: 2015-07-24; просмотров: 803;