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方向导数

如果函数 z=f(x,y) 在点 P0(x0,y0) 可微分,那么函数在该点沿任意方向 l 的方向导数必存在,且有:

fl|(x0,y0)=fx(x0,y0)cosα+fy(x0,y0)sinα

证明

根据方向导数定义:

fl|(x0,y0)=limt0+f(x0+tcosα,y0+tsinα)f(x0,y0)t

由于 z=f(x,y) 在点 P0(x0,y0) 可微分,

f(x0+Δx,y0+Δy)f(x0,y0)=fx(x0,y0)Δx+fy(x0,y0)Δy+o((Δx)2+(Δy)2)

有:

fl|(x0,y0)=limt0+fx(x0,y0)tcosα+fy(x0,y0)tsinα+o(t)t=fx(x0,y0)cosα+fy(x0,y0)sinα

梯度

g=(fx(x0,y0),fy(x0,y0))el=(cosα,sinα),则:

fx(x0,y0)cosα+fy(x0,y0)sinα=gel=|g||el|cosθ=|g|cosθ

θ=0θ=π 时,函数变化率最大,即向量 g 方向为函数值变化最快的方向,g 被称为梯度