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高等数学(第七版)同济大学 总习题九(前10题) 个人解答

10 个人 习题 解答 高等数学 同济大学 第七版
2023-09-14 09:06:58 时间

高等数学(第七版)同济大学 总习题九(前10题)

 

1.  在“充分”“必要”和“充分必要”三者中选择一个正确的填入下列空格内: \begin{aligned}&1. \ 在“充分”“必要”和“充分必要”三者中选择一个正确的填入下列空格内:&\end{aligned} 1. 充分”“必要充分必要三者中选择一个正确的填入下列空格内:

   ( 1 )    f ( x ,   y ) 在点 ( x ,   y ) 可微分是 f ( x ,   y ) 在该点连续的 _ _ _ _ 条件, f ( x ,   y ) 在点 ( x ,   y ) 连续是 f ( x ,   y ) 在该点         可微分的 _ _ _ _ 条件;    ( 2 )    z = f ( x ,   y ) 在点 ( x ,   y ) 的偏导数 ∂ z ∂ x 及 ∂ z ∂ y 存在是 f ( x ,   y ) 在该点可微分的 _ _ _ _ 条件, z = f ( x ,   y ) 在         点 ( x ,   y ) 可微分是函数在该点的偏导数 ∂ z ∂ x 及 ∂ z ∂ y 存在的 _ _ _ _ 条件;    ( 3 )    z = f ( x ,   y ) 的偏导数 ∂ z ∂ x 及 ∂ z ∂ y 在点 ( x ,   y ) 存在且连续是 f ( x ,   y ) 在该点可微分的 _ _ _ _ 条件;    ( 4 )   函数 z = f ( x ,   y ) 的两个二阶混合偏导数 ∂ 2 z ∂ x ∂ y 及 ∂ 2 z ∂ y ∂ x 在区域 D 内连续是这两个二阶混合偏导数          在 D 内相等的 _ _ _ _ 条件 . \begin{aligned} &\ \ (1)\ \ f(x, \ y)在点(x, \ y)可微分是f(x, \ y)在该点连续的\_\_\_\_条件,f(x, \ y)在点(x, \ y)连续是f(x, \ y)在该点\\\\ &\ \ \ \ \ \ \ \ 可微分的\_\_\_\_条件;\\\\ &\ \ (2)\ \ z=f(x, \ y)在点(x, \ y)的偏导数\frac{\partial z}{\partial x}及\frac{\partial z}{\partial y}存在是f(x, \ y)在该点可微分的\_\_\_\_条件,z=f(x, \ y)在\\\\ &\ \ \ \ \ \ \ \ 点(x, \ y)可微分是函数在该点的偏导数\frac{\partial z}{\partial x}及\frac{\partial z}{\partial y}存在的\_\_\_\_条件;\\\\ &\ \ (3)\ \ z=f(x, \ y)的偏导数\frac{\partial z}{\partial x}及\frac{\partial z}{\partial y}在点(x, \ y)存在且连续是f(x, \ y)在该点可微分的\_\_\_\_条件;\\\\ &\ \ (4)\ \ 函数z=f(x, \ y)的两个二阶混合偏导数\frac{\partial^2 z}{\partial x\partial y}及\frac{\partial^2 z}{\partial y\partial x}在区域D内连续是这两个二阶混合偏导数\\\\ &\ \ \ \ \ \ \ \ \ 在D内相等的\_\_\_\_条件. & \end{aligned}   (1)  f(x, y)在点(x, y)可微分是f(x, y)在该点连续的____条件,f(x, y)在点(x, y)连续是f(x, y)在该点        可微分的____条件;  (2)  z=f(x, y)在点(x, y)的偏导数xzyz存在是f(x, y)在该点可微分的____条件,z=f(x, y)        (x, y)可微分是函数在该点的偏导数xzyz存在的____条件;  (3)  z=f(x, y)的偏导数xzyz在点(x, y)存在且连续是f(x, y)在该点可微分的____条件;  (4)  函数z=f(x, y)的两个二阶混合偏导数xy2zyx2z在区域D内连续是这两个二阶混合偏导数         D内相等的____条件.

解:

   ( 1 )  充分,必要    ( 2 )  必要,充分    ( 3 )  充分    ( 4 )  充分 . \begin{aligned} &\ \ (1)\ 充分,必要\\\\ &\ \ (2)\ 必要,充分\\\\ &\ \ (3)\ 充分\\\\ &\ \ (4)\ 充分. & \end{aligned}   (1) 充分,必要  (2) 必要,充分  (3) 充分  (4) 充分.


2.  下题中给出了四个结论,从中选出一个正确的结论: \begin{aligned}&2. \ 下题中给出了四个结论,从中选出一个正确的结论:&\end{aligned} 2. 下题中给出了四个结论,从中选出一个正确的结论:

  设函数 f ( x ,   y ) 在点 ( 0 ,   0 ) 的某领域内有定义,且 f x ( 0 ,   0 ) = 3 , f y ( 0 ,   0 ) = − 1 ,则有 (      ) :    ( A )    d z ∣ ( 0 ,   0 ) = 3 d x − d y    ( B )   曲面 z = f ( x ,   y ) 在点 ( 0 ,   0 ,   f ( 0 ,   0 ) ) 的一个法向量为 ( 3 ,   − 1 ,   1 )    ( C )   曲线 { z = f ( x ,   y ) , y = 0 在点 ( 0 ,   0 ,   f ( 0 ,   0 ) ) 的一个切向量为 ( 1 ,   0 ,   3 )    ( D )   曲线 { z = f ( x ,   y ) , y = 0 在点 ( 0 ,   0 ,   f ( 0 ,   0 ) ) 的一个切向量为 ( 3 ,   0 ,   1 ) \begin{aligned} &\ \ 设函数f(x, \ y)在点(0, \ 0)的某领域内有定义,且f_x(0, \ 0)=3,f_y(0, \ 0)=-1,则有(\ \ \ \ ):\\\\ &\ \ (A)\ \ dz|_{(0, \ 0)}=3dx-dy\\\\ &\ \ (B)\ \ 曲面z=f(x, \ y)在点(0, \ 0, \ f(0, \ 0))的一个法向量为(3, \ -1, \ 1)\\\\ &\ \ (C)\ \ 曲线\begin{cases}z=f(x, \ y),\\\\y=0\end{cases}在点(0, \ 0, \ f(0, \ 0))的一个切向量为(1, \ 0, \ 3)\\\\ &\ \ (D)\ \ 曲线\begin{cases}z=f(x, \ y),\\\\y=0\end{cases}在点(0, \ 0, \ f(0, \ 0))的一个切向量为(3, \ 0, \ 1) & \end{aligned}   设函数f(x, y)在点(0, 0)的某领域内有定义,且fx(0, 0)=3fy(0, 0)=1,则有(    )  (A)  dz(0, 0)=3dxdy  (B)  曲面z=f(x, y)在点(0, 0, f(0, 0))的一个法向量为(3, 1, 1)  (C)  曲线 z=f(x, y)y=0在点(0, 0, f(0, 0))的一个切向量为(1, 0, 3)  (D)  曲线 z=f(x, y)y=0在点(0, 0, f(0, 0))的一个切向量为(3, 0, 1)

解:

  函数偏导数存在不一定可微分,从而不能保证曲面存在切平面,所以 A 、 B 不对,   取 x 为参数,曲线 x = x , y = 0 , z = f ( x ,   0 ) 在点 ( 0 ,   0 ,   f ( 0 ,   0 ) ) 处的一个切向量为 ( 1 ,   0 ,   3 ) ,选 C . \begin{aligned} &\ \ 函数偏导数存在不一定可微分,从而不能保证曲面存在切平面,所以A、B不对,\\\\ &\ \ 取x为参数,曲线x=x,y=0,z=f(x, \ 0)在点(0, \ 0, \ f(0, \ 0))处的一个切向量为(1, \ 0, \ 3),选C. & \end{aligned}   函数偏导数存在不一定可微分,从而不能保证曲面存在切平面,所以AB不对,  x为参数,曲线x=xy=0z=f(x, 0)在点(0, 0, f(0, 0))处的一个切向量为(1, 0, 3),选C.


3.  求函数 f ( x ,   y ) = 4 x − y 2 l n ( 1 − x 2 − y 2 ) 的定义域,并求 lim ⁡ ( x ,   y ) → ( 1 2 ,   0 ) f ( x ,   y ) . \begin{aligned}&3. \ 求函数f(x, \ y)=\frac{\sqrt{4x-y^2}}{ln(1-x^2-y^2)}的定义域,并求\lim_{(x, \ y)\rightarrow(\frac{1}{2}, \ 0)}f(x, \ y).&\end{aligned} 3. 求函数f(x, y)=ln(1x2y2)4xy2 的定义域,并求(x, y)(21, 0)limf(x, y).

解:

  函数的定义域为 D = { ( x ,   y )   ∣   0 < x 2 + y 2 < 1 ,   y 2 ≤ 4 x } ,因为点 ( 1 2 ,   0 ) ∈ D , f ( x ,   y ) 为初等函数,   所以 lim ⁡ ( x ,   y ) → ( 1 2 ,   0 ) f ( x ,   y ) = f ( 1 2 ,   0 ) = 2 l n 3 4 = 2 l n   3 − l n   4 . \begin{aligned} &\ \ 函数的定义域为D=\{(x, \ y)\ |\ 0 \lt x^2+y^2 \lt 1, \ y^2 \le 4x\},因为点\left(\frac{1}{2}, \ 0\right) \in D,f(x, \ y)为初等函数,\\\\ &\ \ 所以\lim_{(x, \ y)\rightarrow(\frac{1}{2}, \ 0)}f(x, \ y)=f\left(\frac{1}{2}, \ 0\right)=\frac{\sqrt{2}}{ln\frac{3}{4}}=\frac{\sqrt{2}}{ln\ 3-ln\ 4}. & \end{aligned}   函数的定义域为D={(x, y)  0<x2+y2<1, y24x},因为点(21, 0)Df(x, y)为初等函数,  所以(x, y)(21, 0)limf(x, y)=f(21, 0)=ln432 =ln 3ln 42 .


4.  证明极限 lim ⁡ ( x ,   y ) → ( 0 ,   0 ) x y 2 x 2 + y 4 不存在 . \begin{aligned}&4. \ 证明极限\lim_{(x, \ y)\rightarrow(0, \ 0)}\frac{xy^2}{x^2+y^4}不存在.&\end{aligned} 4. 证明极限(x, y)(0, 0)limx2+y4xy2不存在.

解:

  取两条趋于 ( 0 ,   0 ) 的路径, c 1 :   x = 0 , c 2 :   y 2 = x ,    lim ⁡ ( x ,   y ) → ( 0 ,   0 ) ( x ,   y ) → c 1 f ( x ,   y ) = lim ⁡ ( x ,   y ) → ( 0 ,   0 ) x = 0 x y 2 x 2 + y 4 = 0 , lim ⁡ ( x ,   y ) → ( 0 ,   0 ) ( x ,   y ) → c 2 f ( x ,   y ) = lim ⁡ ( x ,   y ) → ( 0 ,   0 ) y 2 = x x y 2 x 2 + y 4 = lim ⁡ x → 0 x 2 x 2 + x 2 = 1 2 ,   因为 ( x ,   y ) 分别沿 c 1 , c 2 趋于 ( 0 ,   0 ) 时 f ( x ,   y ) 的极限不相等,所以 lim ⁡ ( x ,   y ) → ( 0 ,   0 ) x y 2 x 2 + y 4 不存在 . \begin{aligned} &\ \ 取两条趋于(0, \ 0)的路径,c_1:\ x=0,c_2:\ y^2=x,\\\\ &\ \ \lim_{(x, \ y)\rightarrow(0, \ 0)\atop (x, \ y)\rightarrow c_1}f(x, \ y)=\lim_{(x, \ y)\rightarrow(0, \ 0)\atop x=0}\frac{xy^2}{x^2+y^4}=0,\lim_{(x, \ y)\rightarrow(0, \ 0)\atop (x, \ y)\rightarrow c_2}f(x, \ y)=\lim_{(x, \ y)\rightarrow(0, \ 0)\atop y^2=x}\frac{xy^2}{x^2+y^4}=\lim_{x \rightarrow 0}\frac{x^2}{x^2+x^2}=\frac{1}{2},\\\\ &\ \ 因为(x, \ y)分别沿c_1,c_2趋于(0, \ 0)时f(x, \ y)的极限不相等,所以\lim_{(x, \ y)\rightarrow(0, \ 0)}\frac{xy^2}{x^2+y^4}不存在. & \end{aligned}   取两条趋于(0, 0)的路径,c1: x=0c2: y2=x  (x, y)c1(x, y)(0, 0)limf(x, y)=x=0(x, y)(0, 0)limx2+y4xy2=0(x, y)c2(x, y)(0, 0)limf(x, y)=y2=x(x, y)(0, 0)limx2+y4xy2=x0limx2+x2x2=21  因为(x, y)分别沿c1c2趋于(0, 0)f(x, y)的极限不相等,所以(x, y)(0, 0)limx2+y4xy2不存在.


5.  设 f ( x ,   y ) = { x 2 y x 2 + y 2 , x 2 + y 2 ≠ 0 , 0 , x 2 + y 2 = 0. ,求 f x ( x ,   y ) 及 f y ( x ,   y ) . \begin{aligned}&5. \ 设f(x, \ y)=\begin{cases}\frac{x^2y}{x^2+y^2},x^2+y^2\neq 0,\\\\0,x^2+y^2=0.\end{cases},求f_x(x, \ y)及f_y(x, \ y).&\end{aligned} 5. f(x, y)= x2+y2x2yx2+y2=00x2+y2=0.,求fx(x, y)fy(x, y).

解:

  当 x 2 + y 2 ≠ 0 时,    f x ( x ,   y ) = ∂ ∂ x ( x 2 y x 2 + y 2 ) = 2 x y ( x 2 + y 2 ) − x 2 y ⋅ 2 x ( x 2 + y 2 ) 2 = 2 x y 3 ( x 2 + y 2 ) 2 ,    f y ( x ,   y ) = ∂ ∂ y ( x 2 y x 2 + y 2 ) = x 2 ( x 2 + y 2 ) − x 2 y ⋅ 2 y ( x 2 + y 2 ) 2 = x 2 ( x 2 − y 2 ) ( x 2 + y 2 ) 2 ,   当 x 2 + y 2 = 0 时,    f x ( 0 ,   0 ) = lim ⁡ Δ x → 0 f ( 0 + Δ x ,   0 ) − f ( 0 ,   0 ) Δ x = lim ⁡ Δ x → 0 0 Δ x = 0 ,    f y ( 0 ,   0 ) = lim ⁡ Δ y → 0 f ( 0 + Δ y ,   0 ) − f ( 0 ,   0 ) Δ y = lim ⁡ Δ y → 0 0 Δ y = 0 ,   所以, f x ( x ,   y ) = { 2 x y 3 ( x 2 + y 2 ) 2 , x 2 + y 2 ≠ 0 , 0 , x 2 + y 2 = 0. , f y ( x ,   y ) = { x 2 ( x 2 − y 2 ) ( x 2 + y 2 ) 2 , x 2 + y 2 ≠ 0 , 0 , x 2 + y 2 = 0. \begin{aligned} &\ \ 当x^2+y^2 \neq 0时,\\\\ &\ \ f_x(x, \ y)=\frac{\partial}{\partial x}\left(\frac{x^2y}{x^2+y^2}\right)=\frac{2xy(x^2+y^2)-x^2y\cdot 2x}{(x^2+y^2)^2}=\frac{2xy^3}{(x^2+y^2)^2},\\\\ &\ \ f_y(x, \ y)=\frac{\partial}{\partial y}\left(\frac{x^2y}{x^2+y^2}\right)=\frac{x^2(x^2+y^2)-x^2y\cdot 2y}{(x^2+y^2)^2}=\frac{x^2(x^2-y^2)}{(x^2+y^2)^2},\\\\ &\ \ 当x^2+y^2=0时,\\\\ &\ \ f_x(0, \ 0)=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{f(0+\Delta x, \ 0)-f(0, \ 0)}{\Delta x}=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{0}{\Delta x}=0,\\\\ &\ \ f_y(0, \ 0)=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{f(0+\Delta y, \ 0)-f(0, \ 0)}{\Delta y}=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{0}{\Delta y}=0,\\\\ &\ \ 所以,f_x(x, \ y)=\begin{cases}\frac{2xy^3}{(x^2+y^2)^2},x^2+y^2\neq 0,\\\\0,x^2+y^2=0.\end{cases},f_y(x, \ y)=\begin{cases}\frac{x^2(x^2-y^2)}{(x^2+y^2)^2},x^2+y^2\neq 0,\\\\0,x^2+y^2=0.\end{cases} & \end{aligned}   x2+y2=0时,  fx(x, y)=x(x2+y2x2y)=(x2+y2)22xy(x2+y2)x2y2x=(x2+y2)22xy3  fy(x, y)=y(x2+y2x2y)=(x2+y2)2x2(x2+y2)x2y2y=(x2+y2)2x2(x2y2)  x2+y2=0时,  fx(0, 0)=Δx0limΔxf(0+Δx, 0)f(0, 0)=Δx0limΔx0=0  fy(0, 0)=Δy0limΔyf(0+Δy, 0)f(0, 0)=Δy0limΔy0=0  所以,fx(x, y)= (x2+y2)22xy3x2+y2=00x2+y2=0.fy(x, y)= (x2+y2)2x2(x2y2)x2+y2=00x2+y2=0.


6.  求下列函数的一阶和二阶偏导数 : \begin{aligned}&6. \ 求下列函数的一阶和二阶偏导数:&\end{aligned} 6. 求下列函数的一阶和二阶偏导数:

   ( 1 )    z = l n ( x + y 2 ) ;                         ( 2 )    z = x y . \begin{aligned} &\ \ (1)\ \ z=ln(x+y^2);\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (2)\ \ z=x^y. & \end{aligned}   (1)  z=ln(x+y2)                        (2)  z=xy.

解:

   ( 1 )   ∂ z ∂ x = 1 x + y 2 , ∂ 2 z ∂ x 2 = − 1 ( x + y 2 ) 2 , ∂ z ∂ y = 2 y x + y 2 , ∂ 2 z ∂ y 2 = 2 ( x + y 2 ) − 4 y 2 ( x + y 2 ) 2 = 2 ( x − y 2 ) ( x + y 2 ) 2 ,           ∂ 2 z ∂ x ∂ y = ∂ ∂ y ( 1 x + y 2 ) = − 2 y ( x + y 2 ) 2 .    ( 2 )   ∂ z ∂ x = y x y − 1 , ∂ 2 z ∂ x 2 = y ( y − 1 ) x y − 2 , ∂ z ∂ y = x y l n   x , ∂ 2 z ∂ y 2 = x y l n 2   x ,           ∂ 2 z ∂ x ∂ y = ∂ ∂ y ( y x y − 1 ) = x y − 1 + y ⋅ x y − 1 l n   x . \begin{aligned} &\ \ (1)\ \frac{\partial z}{\partial x}=\frac{1}{x+y^2},\frac{\partial^2 z}{\partial x^2}=-\frac{1}{(x+y^2)^2},\frac{\partial z}{\partial y}=\frac{2y}{x+y^2},\frac{\partial^2 z}{\partial y^2}=\frac{2(x+y^2)-4y^2}{(x+y^2)^2}=\frac{2(x-y^2)}{(x+y^2)^2},\\\\ &\ \ \ \ \ \ \ \ \ \frac{\partial^2 z}{\partial x\partial y}=\frac{\partial}{\partial y}\left(\frac{1}{x+y^2}\right)=-\frac{2y}{(x+y^2)^2}.\\\\ &\ \ (2)\ \frac{\partial z}{\partial x}=yx^{y-1},\frac{\partial^2 z}{\partial x^2}=y(y-1)x^{y-2},\frac{\partial z}{\partial y}=x^yln\ x,\frac{\partial^2 z}{\partial y^2}=x^yln^2\ x,\\\\ &\ \ \ \ \ \ \ \ \ \frac{\partial^2 z}{\partial x\partial y}=\frac{\partial}{\partial y}(yx^{y-1})=x^{y-1}+y\cdot x^{y-1}ln\ x. & \end{aligned}   (1) xz=x+y21x22z=(x+y2)21yz=x+y22yy22z=(x+y2)22(x+y2)4y2=(x+y2)22(xy2)         xy2z=y(x+y21)=(x+y2)22y.  (2) xz=yxy1x22z=y(y1)xy2yz=xyln xy22z=xyln2 x         xy2z=y(yxy1)=xy1+yxy1ln x.


7.  求函数 z = x y x 2 − y 2 当 x = 2 , y = 1 , Δ x = 0.01 , Δ y = 0.03 时的全增量和全微分 . \begin{aligned}&7. \ 求函数z=\frac{xy}{x^2-y^2}当x=2,y=1,\Delta x=0.01,\Delta y=0.03时的全增量和全微分.&\end{aligned} 7. 求函数z=x2y2xyx=2y=1Δx=0.01Δy=0.03时的全增量和全微分.

解:

   Δ z = 2.01 ⋅ 1.03 2.0 1 2 − 1.0 3 2 − 2 3 = 0.03 ,因 ∂ z ∂ x = − ( y 3 + x 2 y ) ( x 2 − y 2 ) 2 , ∂ z ∂ y = x 3 + x y 2 ( x 2 − y 2 ) 2 , ∂ z ∂ x ∣ ( 2 ,   1 ) = − 5 9 , ∂ z ∂ y ∣ ( 2 ,   1 ) = 10 9 ,   所以 d z ∣ x = 2 ,   Δ x = 0.01 y = 1 ,   Δ y = 0.03 = ∂ z ∂ x ∣ ( 2 ,   1 ) ⋅ Δ x + ∂ z ∂ y ∣ ( 2 ,   1 ) ⋅ Δ y = 0.03. \begin{aligned} &\ \ \Delta z=\frac{2.01\cdot 1.03}{2.01^2-1.03^2}-\frac{2}{3}=0.03,因\frac{\partial z}{\partial x}=\frac{-(y^3+x^2y)}{(x^2-y^2)^2},\frac{\partial z}{\partial y}=\frac{x^3+xy^2}{(x^2-y^2)^2},\frac{\partial z}{\partial x}\bigg|_{(2, \ 1)}=-\frac{5}{9},\frac{\partial z}{\partial y}\bigg|_{(2, \ 1)}=\frac{10}{9},\\\\ &\ \ 所以dz\bigg|_{x=2,\ \Delta x=0.01\atop y=1,\ \Delta y=0.03}=\frac{\partial z}{\partial x}\bigg|_{(2, \ 1)}\cdot \Delta x+\frac{\partial z}{\partial y}\bigg|_{(2, \ 1)}\cdot \Delta y=0.03. & \end{aligned}   Δz=2.0121.0322.011.0332=0.03,因xz=(x2y2)2(y3+x2y)yz=(x2y2)2x3+xy2xz (2, 1)=95yz (2, 1)=910  所以dz y=1, Δy=0.03x=2, Δx=0.01=xz (2, 1)Δx+yz (2, 1)Δy=0.03.


8.  设 f ( x ,   y ) = { x 2 y 2 ( x 2 + y 2 ) 3 2 , x 2 + y 2 ≠ 0 , 0 , x 2 + y 2 = 0. 证明 : f ( x ,   y ) 在点 ( 0 ,   0 ) 处连续且偏导数存在,但不可微分 . \begin{aligned}&8. \ 设f(x, \ y)=\begin{cases}\frac{x^2y^2}{(x^2+y^2)^{\frac{3}{2}}},x^2+y^2 \neq 0,\\\\0,x^2+y^2=0.\end{cases}证明:f(x, \ y)在点(0, \ 0)处连续且偏导数存在,但不可微分.&\end{aligned} 8. f(x, y)= (x2+y2)23x2y2x2+y2=00x2+y2=0.证明:f(x, y)在点(0, 0)处连续且偏导数存在,但不可微分.

解:

  因为 0 ≤ x 2 y 2 ( x 2 + y 2 ) 3 2 ≤ ( x 2 + y 2 ) 2 ( x 2 + y 2 ) 3 2 = x 2 + y 2 , lim ⁡ ( x ,   y ) → ( 0 ,   0 ) x 2 + y 2 = 0 ,所以 lim ⁡ ( x ,   y ) → ( 0 ,   0 ) f ( x ,   y ) = 0 ,   又因 f ( 0 ,   0 ) = 0 ,所以 lim ⁡ ( x ,   y ) → ( 0 ,   0 ) f ( x ,   y ) = f ( 0 ,   0 ) ,即 f ( x ,   y ) 在点 ( 0 ,   0 ) 处连续,    f x ( 0 ,   0 ) = lim ⁡ Δ x → 0 f ( 0 + Δ x ,   0 ) − f ( 0 ,   0 ) Δ x = lim ⁡ Δ x → 0 0 Δ x = 0 ,    f y ( 0 ,   0 ) = lim ⁡ Δ y → 0 f ( 0 + Δ y ,   0 ) − f ( 0 ,   0 ) Δ y = lim ⁡ Δ y → 0 0 Δ y = 0 ,    Δ z − [ f x ( 0 ,   0 ) Δ x + f y ( 0 ,   0 ) Δ y ] = ( Δ x ) 2 ⋅ ( Δ y ) 2 [ ( Δ x ) 2 + ( Δ y ) 2 ] 3 2 ,    lim ⁡ Δ x → 0 Δ y = Δ x ( Δ x ) 2 ⋅ ( Δ y ) 2 [ ( Δ x ) 2 + ( Δ y ) 2 ] 3 2 ρ = lim ⁡ Δ x → 0 ( Δ x ) 4 [ 2 ( Δ x ) 2 ] 2 = 1 4 ≠ 0 ,其中 ρ = ( Δ x ) 2 + ( Δ y ) 2 ,   所以 f ( x ,   y ) 在点 ( 0 ,   0 ) 处偏导数存在,但不可微分 . \begin{aligned} &\ \ 因为0 \le \frac{x^2y^2}{(x^2+y^2)^{\frac{3}{2}}} \le \frac{(x^2+y^2)^2}{(x^2+y^2)^{\frac{3}{2}}}=\sqrt{x^2+y^2},\lim_{(x, \ y)\rightarrow(0, \ 0)}\sqrt{x^2+y^2}=0,所以\lim_{(x, \ y)\rightarrow(0, \ 0)}f(x, \ y)=0,\\\\ &\ \ 又因f(0, \ 0)=0,所以\lim_{(x, \ y)\rightarrow(0, \ 0)}f(x, \ y)=f(0, \ 0),即f(x, \ y)在点(0, \ 0)处连续,\\\\ &\ \ f_x(0, \ 0)=\lim_{\Delta x \rightarrow 0}\frac{f(0+\Delta x, \ 0)-f(0, \ 0)}{\Delta x}=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{0}{\Delta x}=0,\\\\ &\ \ f_y(0, \ 0)=\lim_{\Delta y \rightarrow 0}\frac{f(0+\Delta y, \ 0)-f(0, \ 0)}{\Delta y}=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{0}{\Delta y}=0,\\\\ &\ \ \Delta z-[f_x(0, \ 0)\Delta x+f_y(0, \ 0)\Delta y]=\frac{(\Delta x)^2\cdot (\Delta y)^2}{[(\Delta x)^2+(\Delta y)^2]^{\frac{3}{2}}},\\\\ &\ \ \lim_{\Delta x\rightarrow 0\atop \Delta y=\Delta x}\frac{\frac{(\Delta x)^2\cdot (\Delta y)^2}{[(\Delta x)^2+(\Delta y)^2]^{\frac{3}{2}}}}{\rho}=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{(\Delta x)^4}{[2(\Delta x)^2]^2}=\frac{1}{4}\neq 0,其中\rho=\sqrt{(\Delta x)^2+(\Delta y)^2},\\\\ &\ \ 所以f(x, \ y)在点(0, \ 0)处偏导数存在,但不可微分. & \end{aligned}   因为0(x2+y2)23x2y2(x2+y2)23(x2+y2)2=x2+y2 (x, y)(0, 0)limx2+y2 =0,所以(x, y)(0, 0)limf(x, y)=0  又因f(0, 0)=0,所以(x, y)(0, 0)limf(x, y)=f(0, 0),即f(x, y)在点(0, 0)处连续,  fx(0, 0)=Δx0limΔxf(0+Δx, 0)f(0, 0)=Δx0limΔx0=0  fy(0, 0)=Δy0limΔyf(0+Δy, 0)f(0, 0)=Δy0limΔy0=0  Δz[fx(0, 0)Δx+fy(0, 0)Δy]=[(Δx)2+(Δy)2]23(Δx)2(Δy)2  Δy=ΔxΔx0limρ[(Δx)2+(Δy)2]23(Δx)2(Δy)2=Δx0lim[2(Δx)2]2(Δx)4=41=0,其中ρ=(Δx)2+(Δy)2   所以f(x, y)在点(0, 0)处偏导数存在,但不可微分.


9.  设 u = x y ,而 x = φ ( t ) , y = ψ ( t ) 都是可微函数,求 d u d t . \begin{aligned}&9. \ 设u=x^y,而x=\varphi(t),y=\psi(t)都是可微函数,求\frac{du}{dt}.&\end{aligned} 9. u=xy,而x=φ(t)y=ψ(t)都是可微函数,求dtdu.

解:

   d u d t = ∂ u ∂ x d x d t + ∂ u ∂ y d y d t = y x y − 1 ⋅ φ ′ ( t ) + x y l n   x ⋅ ψ ′ ( t ) . \begin{aligned} &\ \ \frac{du}{dt}=\frac{\partial u}{\partial x}\frac{dx}{dt}+\frac{\partial u}{\partial y}\frac{dy}{dt}=yx^{y-1}\cdot \varphi'(t)+x^yln\ x\cdot \psi'(t). & \end{aligned}   dtdu=xudtdx+yudtdy=yxy1φ(t)+xyln xψ(t).


10.  设 z = f ( u ,   v ,   w ) 具有连续偏导数,而 u = η − ζ , v = ζ − ξ , w = ξ − η ,求 ∂ z ∂ ξ , ∂ z ∂ η , ∂ z ∂ ζ . \begin{aligned}&10. \ 设z=f(u, \ v, \ w)具有连续偏导数,而u=\eta-\zeta,v=\zeta-\xi,w=\xi-\eta,求\frac{\partial z}{\partial \xi},\frac{\partial z}{\partial \eta},\frac{\partial z}{\partial \zeta}.&\end{aligned} 10. z=f(u, v, w)具有连续偏导数,而u=ηζv=ζξw=ξη,求ξzηzζz.

解:

   ∂ z ∂ ξ = ∂ z ∂ u ⋅ ∂ u ∂ ξ + ∂ z ∂ v ⋅ ∂ v ∂ ξ + ∂ z ∂ w ⋅ ∂ w ∂ ξ = − ∂ z ∂ v + ∂ z ∂ w ,    ∂ z ∂ η = ∂ z ∂ u ⋅ ∂ u ∂ η + ∂ z ∂ v ⋅ ∂ v ∂ η + ∂ z ∂ w ⋅ ∂ w ∂ η = ∂ z ∂ u − ∂ z ∂ w ,    ∂ z ∂ ζ = ∂ z ∂ u ⋅ ∂ u ∂ ζ + ∂ z ∂ v ⋅ ∂ v ∂ ζ + ∂ z ∂ w ⋅ ∂ w ∂ ζ = − ∂ z ∂ u + ∂ z ∂ v . \begin{aligned} &\ \ \frac{\partial z}{\partial \xi}=\frac{\partial z}{\partial u}\cdot \frac{\partial u}{\partial \xi}+\frac{\partial z}{\partial v}\cdot \frac{\partial v}{\partial \xi}+\frac{\partial z}{\partial w}\cdot \frac{\partial w}{\partial \xi}=-\frac{\partial z}{\partial v}+\frac{\partial z}{\partial w},\\\\ &\ \ \frac{\partial z}{\partial \eta}=\frac{\partial z}{\partial u}\cdot \frac{\partial u}{\partial \eta}+\frac{\partial z}{\partial v}\cdot \frac{\partial v}{\partial \eta}+\frac{\partial z}{\partial w}\cdot \frac{\partial w}{\partial \eta}=\frac{\partial z}{\partial u}-\frac{\partial z}{\partial w},\\\\ &\ \ \frac{\partial z}{\partial \zeta}=\frac{\partial z}{\partial u}\cdot \frac{\partial u}{\partial \zeta}+\frac{\partial z}{\partial v}\cdot \frac{\partial v}{\partial \zeta}+\frac{\partial z}{\partial w}\cdot \frac{\partial w}{\partial \zeta}=-\frac{\partial z}{\partial u}+\frac{\partial z}{\partial v}. & \end{aligned}   ξz=uzξu+vzξv+wzξw=vz+wz  ηz=uzηu+vzηv+wzηw=uzwz  ζz=uzζu+vzζv+wzζw=uz+vz.