Пусть имеем функцию двух переменных
z = f(х, у).
Частные производные и , вообще говоря, являются функциями переменных х и у. Поэтому от них можно снова находить частные производные. Следовательно, частных производных второго порядка от функции двух переменных четыре, так как каждую из функций и можно дифференцировать как по х, так и по у.
Вторые частные производные обозначаются так:
, | здесь f дифференцируется последовательно два раза по х; |
здесь f сначала дифференцируется по х, а потом результат дифференцируется по у; | |
здесь f сначала дифференцируется по у, а потом результат дифференцируется по х; | |
здесь f дифференцируется последовательно два раза по у. |
Производные второго порядка можно снова дифференцировать как по х, так и по у. Получим частные производные третьего порядка. Их будет, очевидно, уже восемь:
, , , , , , , .
Вообще, частная производная п-го порядка есть первая производная от производной (п – 1)-го порядка. Например, есть производная п-го порядка; здесь функция z сначала р раз дифференцировалась по х, а потом п – р раз по у.
Для функции любого числа переменных частные производные высших порядков определяются аналогично.
Пример 28. Вычислить частные производные второго порядка от функции
Решение. Последовательно находим
, , , , , .
Пример 29. Вычислить и , если .
Решение. Последовательно находим
, , ,
, , .
Пример 30. Вычислить , если .
Решение. , , , .
Естественно поставить вопрос, зависит ли результат дифференцирования функции нескольких переменных от порядка дифференцирования по разным переменным, т.е. будут ли, например, тождественно равны производные
и
или
и и т.д.
Оказывается, что справедлива следующая теорема.
Теорема. Если функция z = f(х, у) и ее частные производные f¢х, f¢у, f¢¢ху и f¢¢ух определены и непрерывны в точке М(х, у) и в некоторой ее окрестности, то в этой точке
(f¢¢ху = f¢¢ух).
Из данной теоремы как следствие получается, что если частные производные и непрерывны, то
.
Аналогичная теорема имеет место и для функции любого числа переменных.
Пример 31. Найти и , если .
Решение.
, , ,
, , .
Следовательно, .
Дифференциалом второго порядка от функции z = f(х, у) называется дифференциал от его полного дифференциала, т.е. d2z = d(dz).
Аналогично определяются дифференциалы третьего и высших порядков: d3z = d(d2z); вообще dпz = d(dп-1z).
Если х и у – независимые переменные и функция f(х, у) имеет непрерывные частные производные, то дифференциалы высших порядков вычисляются по формулам
;
.
Вообще, имеет место символическая формула
,
которая формально раскрывается по биномиальному закону.
Пример 32. Найти d3z, если z = x2y.
Решение. , , , , , , , .
.
Дата добавления: 2015-07-24; просмотров: 987;