什么是全导数、偏导数、方向导数?
全导数是多元函数中的一个概念。
我们知道一元函数的情况下,导数就是函数的变化率,从几何意义上看就是:
但是在多元的情况下比一元的复杂,下面我用二元函数来举例子(三元我也画不出来),比如这样一个曲面上的一点 :
在曲面上可以做无数条过 点的曲线(图上随便画了三根):
每根曲线都可能可以(也有作不出来的情况,你想想一元的时候也有作不出切线的情况)作一根切线,比如(随便挑了一根切线来画,都画出来太乱了):
最精简的回答已经完了,后面我就要讲一些细节了,主要阐述下面两个细节:
-
方向导数、偏导数是特殊的全导数
-
每一根切线都和一个全导数“相关”,这个“相关”是什么意思?难道不就是切线的斜率就是全导数吗?
顺便说一下,如果所有这些切线共面的话,那么这个平面就是切平面(全微分),可以参考我之前的回答如何直观理解全微分?。
1 参数方程
为了继续讲下去,我们需要了解下所需要的技术手段:参数方程。
参数方程的用处很多,下面讲解下我们需要了解的部分。
1.1 通过参数方程来描述所有的曲线
要描述所有这些曲线,我们就需要一些数学手段,这就是参数方程。
这根曲面上的曲线就是刚才说过的:
1.2 参数方程可以拍扁三维图像
从另外一个角度看,参数方程可以把三维的图像一巴掌拍扁:
2 全导数、偏导数、方向导数
讲完“所有曲线”之后,我们要来讲这些曲线的切线了,不同的曲线有不同的切线,也就有不同类型的导数。
2.1 全导数