Transcript ppsx

Slide 1

ФУНКЦИИ НЕСКОЛЬКИХ
ПЕРЕМЕННЫХ


Slide 2

• Определение функции нескольких
переменных
• Геометрическое изображение функции
двух переменных

• Частное и полное приращение функции
• Предел и непрерывность функции

нескольких переменных


Slide 3

§ 1. Определение функции нескольких переменных

y

S = xy
x

z

V = xyz
x

y


Slide 4

Определение 1.1 Если каждой паре (x,y) значений
двух, независимых друг от друга, переменных

величин x и y, из некоторой области их изменения D,
соответствует определенной значение величины z, то
говорят, что z есть функция двух независимых

переменных x и y, определенная в области D.

z  f x, y 

или

z  F x, y 


Slide 5

Способы задания функции двух переменных
• Табличный (таблица)

• Аналитический (формула)
• Графический (график)
• Словесный (словесное описание функциональной
зависимости)
S = xy
x

0

1

1,5

2

3

1

0

1

1,5

2

3

2

0

2

3

4

6

3

0

3

4,5

6

9

4

0

4

6

8

12

y


Slide 6

Определение 1.2 Совокупность пар (x,y) значений x и y, при
которых определяется функция z = f(x, y), называется
областью определения или областью существования этой

функции.

Геометрически: если каждую пару значений x и y изобразить
точкой М(х, у) в плоскости Оху, то область определения
функции изобразится в виде некоторой совокупности точек на

плоскости.


Slide 7

• Линия, ограничивающая область определения – граница

области
• Точки области, не лежащие на границе – внутренние точки
области
• Область, состоящая из одних внутренних точек – открытая
(незамкнутая)
• Если к области относятся и точки границы – замкнутая
область

Определение 1.3 Область называется ограниченной,
если существует такое постоянное С, что расстояние

любой точки М области от начала координат О
меньше С, т. е. |OM| < C.


Slide 8

Пример 1:

Определить естественную область определения
функции z = 2x – y

Аналитически выражение z = 2x – y имеет смысл при любых
значениях x и y. Следовательно, естественной областью
определения функции является вся плоскость Оху.
у

О

Рис. 1

х


Slide 9

Определить естественную область определения
2
2
функции

Пример 2:

z

1 x  y

Для того, чтобы z имело действительное значение, нужно, чтобы
под корнем стояло неотрицательное число, т. е. х и у должны
удовлетворять неравенству

zx  y 0
2

2

x  y 1
2

или

2

Все точки М(х, у), координаты которых удовлетворяют
указанному неравенству, лежат в круге радиуса 1 с центром в
начале координат и на границе этого круга.
у
1

О

1

Рис. 2

х


Slide 10

Пример 3:

Определить естественную область определения
функции z  ln  x  y 

Так как логарифмы определены только для положительных
чисел, то должно выполняться неравенство

x y 0

или

y  x
у

Это значит, что областью
определения функции z
является половина плоскости,
расположенная над прямой

О

у = – х, не включая самой
прямой (рис. 3)
Рис. 3

х


Slide 11

Площадь треугольника S с основанием х и
высотой у.

Пример 4:

S 

у
х

xy
2

Рис. 4

Областью определения этой функции является область х > 0,
у > 0 (т. к. основание треугольника и его высота не могут ни
отрицательными, ни нулем).
Областью определения рассматриваемой функции не совпадает
с естественной областью того аналитического выражения, с
помощью которого задается функция.


Slide 12

Определение 1.3 Если каждой рассматриваемой
совокупности значений переменных x, y, z, … , u, t
соответствует значение переменной w, то w называют

функцией независимых переменных x, y, z, … , u, t и
записывают

w  F  x , y , z ,..., u , t 
или

w  f  x , y , z ,..., u , t .

Область определения функции четырех или большего числа
переменных не допускает простого геометрического
истолкования.


Slide 13

§ 2. Геометрическое изображение функции
нескольких переменных
Рассмотрим функцию z  f  x , y ,
определенную в области G на плоскости Оху, и систему
прямоугольных декартовых координат Охуz (рис. 5).
z
P

Получили в пространстве

z=f(x,y)
у

O

у
х

х

G
Рис. 5

точку Р с координатами
х, у, z = f(x, y).


Slide 14

Определение 2.1 Геометрическое место точек Р, координаты

которых удовлетворяют уравнению z  f  x , y ,

называется

графиком функции двух переменных.

Уравнение

z  f  x , y ,

в пространстве определяет

некоторую поверхность. Т. о., графиком функции двух
переменных является поверхность, проектирующаяся на
плоскость Оху в область определения функции.

Параболоид
вращения
z x  y
2

2

Рис. 6


Slide 15

§ 3. Частное и полное приращение функции
нескольких переменных
Рассмотрим функцию z  f  x , y .

Величину  x z  f  x   x , y   f  x , y 
называют частным приращением z по х (у = const).
Величину  y z  f  x , y   y   f  x , y 

называют частным приращением z по y (x = const).
Величину

z  f x  x, y  y   f x, y 

называют полным приращением функции z.


Slide 16

§ 4. Предел и непрерывность функции нескольких
переменных
Определение 4.1 Окрестностью радиуса r точки M0(x0, y0)
называется совокупность всех точек (х, у), удовлетворяющих
неравенству

 x  x 0 2   y  y 0 2

 r,

т. е. совокупность всех

точек, лежащих внутри круга радиуса r с центром в точке
M0(x0, y0).
y
M0(x0,y0)

M(x,y) r

O
Рис. 7

x


Slide 17

Замечание: Если говорят, что функция f(x, y) обладает какимлибо свойством «вблизи точки (х0, у0)» или «в окрестности
точки (х0, у0)», то подразумевают, что найдется такой круг с
центром (х0, у0), во всех точках которого данная функция
обладает указанным свойством.

Определение 4.2 Число А называется пределом функции f(x, y)
при стремлении точки M(x, y) к точке M0(x0, y0), если для
каждого ε > 0 найдется такое число r > 0, что для всех точек

M(x, y), для которых выполняется неравенство
Имеет место неравенство

f x, y   A   .

lim f  x , y   A

x  x0
y  y0

MM

0

 r,


Slide 18

Определение 4.3 Пусть точка M0(x0, y0) принадлежит области

определения функции f(x, y). Функция z = f(x, y) называется
непрерывной в точке M0(x0, y0), если имеет место равенство

lim f  x , y   f  x 0 , y 0 ,

x  x0
y  y0

причем точка M(x, y) стремится к точке M0(x0, y0) произвольным
образом, оставаясь в области определения функции
Определение 4.4 Функция, непрерывная в каждой точке
некоторой области называется непрерывной в области.


Slide 19

Пример 6: Вычислить предел

3x  4 y

A  lim

x, y 0,2

f x, y  

1  ln  x  y 
3x  4 y

Решение: В точке (0; 2) функция
1  ln  x  y 
определена, т. к. можно вычислить значение функции в этой

точке. Поэтому точка (0; 2) является точкой, принадлежащей
области определения функции. Тогда для вычисления предела
воспользуемся равенством lim f  x , y   f  x 0 , y 0 .
x , y  x0 , y0

Получим:
A  lim

x, y 0,2

3x  4 y
1  ln  x  y 



30  42
1  ln 0  2 



8
1  ln 2

.

Ответ: A 

8
1  ln 2

.


Slide 20

Пример 7: Вычислить предел

A  lim

sin  xy 

x , y  0 ,3

x

Решение: Точка (0; 3) не принадлежит области определения

функции, т. к. при х = 0, имеет место неопределенность 0/0.
Поэтому умножим и разделим числитель и знаменатель дроби
на величину у и произведем замену u = xy.

Получим:
A  lim

x , y  0 ,3

sin  xy 

 lim

y  sin  xy 

x , y  0 ,3

x

 sin u ~ u   lim

x , y  0 ,3

y u
u

xy

 lim

x , y  0 ,3

 lim

y  sin u

x , y  0 ,3



u

y  3.

Ответ:

A  3.


Slide 21

Определение 4.5 Если в некоторой точке N0(x0, y0) не
выполняется условие lim f  x , y   f  x , y , то точка N0(x0, y0)
0

x  x0
y  y0

0

называется точкой разрыва функции z = f(x, y).
Условие непрерывности может не выполняться в следующих
случаях:
1. z = f(x, y) определена во всех точках некоторой
окрестности точки N0(x0, y0), за исключением самой точки
N0(x0, y0);

2. z = f(x, y) определена во всех точках окрестности
f  x , y ;
N0(x0, y0), но не существует предела xlim
x
0

y  y0

3. z = f(x, y) определена во всех точках окрестности точки
f  x , y , но lim f  x , y   f  x , y .
N0(x0, y0) и существует предел xlim
0
0
x
0

y  y0

x  x0
y  y0


Slide 22

Пример 6: Функция

z x  y
2

2

непрерывна при любых

значениях х и у, т. е. в любой точке плоскости Оху.


Slide 23

Свойства функции нескольких переменных, непрерывной
в замкнутой и ограниченной области
Свойство 1. Непрерывная функция в замкнутой
ограниченной области D достигает по крайней мере один
раз наибольшего значения М и наименьшего значения m
Свойство 2. Если функция f(x, y, …) непрерывна в замкнутой
и ограниченной области D и если М и m – наибольшее и
наименьшее значение функции f(x, y, …) в области, то для

любого числа µ, удовлетворяющего условию m < µ < М,
найдется в области такая точка N*(x0*, y0*, …), что будет
выполняться равенство f(x0*, y0*, …) = µ.


Slide 24

Следствие свойства 2. Если функция f(x, y, …) непрерывна
в замкнутой и ограниченной области и принимает как
положительные, так и отрицательные значения, то внутри
области найдутся точки, в которых функция f(x, y, …)
обращается в нуль.