全微分和全增量的概念是微分学中的重要内容,以下是具体说明和计算方法:
一、全增量的定义
对于二元函数 $z = f(x, y)$,在点 $(x_0, y_0)$ 处的全增量 $\Delta z$ 定义为: $$ \Delta z = f(x_0 + \Delta x, y_0 + \Delta y) - f(x_0, y_0) $$
即函数在 $(x_0, y_0)$ 到 $(x_0 + \Delta x, y_0 + \Delta y)$ 两点间的实际变化量。
二、全微分的定义
如果函数 $z = f(x, y)$ 在点 $(x, y)$ 处可微,则全增量 $\Delta z$ 可以表示为: $$ \Delta z = A\Delta x + B\Delta y + o(\rho) $$
其中:
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$A$ 和 $B$ 不依赖于 $\Delta x$ 和 $\Delta y$,仅与 $x$ 和 $y$ 有关,即 $A = \frac{\partial f}{\partial x}$,$B = \frac{\partial f}{\partial y}$;
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$\rho = \sqrt{(\Delta x)^2 + (\Delta y)^2}$,且 $\lim_{\rho \to 0} \frac{o(\rho)}{\rho} = 0$。
此时,全微分记作 $dz$,表达式为: $$ dz = \frac{\partial f}{\partial x} \Delta x + \frac{\partial f}{\partial y} \Delta y $$
或简写为: $$ dz = f_x(x, y) dx + f_y(x, y) dy $$
其中 $dx = \Delta x$,$dy = \Delta y$。
三、全微分的几何意义
全微分表示函数在某点处因自变量变化引起的线性近似,即函数曲面在该点的切平面方程的线性部分。
四、计算步骤示例
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求偏导数 :计算函数对 $x$ 和 $y$ 的偏导数: $$ f_x(x, y) = \frac{\partial f}{\partial x}, \quad f_y(x, y) = \frac{\partial f}{\partial y} $$
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代入公式 :将偏导数代入全微分公式: $$ dz = f_x(x, y) \Delta x + f_y(x, y) \Delta y $$
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应用实例 :例如 $f(x, y) = x^2 + 3xy + y^2$,则: $$ f_x = 2x + 3y, \quad f_y = 3x + 2y $$
全微分为: $$ dz = (2x + 3y) \Delta x + (3x + 2y) \Delta y $$
五、注意事项
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全微分要求函数在该点可微,可微必连续且偏导数存在;
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若函数不可微,则全增量无法表示为线性形式。
通过以上步骤,可系统地求解全微分和全增量。