全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)

一元复合函数求导法则:

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(1)

当扩展为二元复合函数以后:

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(2)

推广:

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(3)

上述结果就是全导数。注意全导数的中间变量可以是多个,但最终变量只有一个t。

如果有多个最终变量,则称为偏导数:

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(4)

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(5)

以上都有两个最终变量x和y,所以得出的结果是偏导数。

先看第一种特殊情况:

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(6)

图1

上图特殊在于,x,y都既是中间变量,又是最终变量。

上图要特别注意的是 z 的偏导数与 f 偏导数的区别。z 的偏导数是把 z 看作是最终变量 x,y 的函数,而 f 是看作是中间变量u,x,y的函数,两者虽然形式上相等,但观察的角度是不一样的。前者是最终变量,后者是中间变量,因为

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(7)

的后面其实还要乘上一个

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(8)

再看下面这种情况:

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(9)

上图的中间变量都只有同一个最终变量 x,因此问题就转变成了全导数问题。

上图中,

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(10)

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(11)

下面看一个例子:

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(12)

这里

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(13)

现在要求出 z 对 x 的二阶偏导数。

一阶直接套公式:

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(14)

图2

二阶按一阶的商求导数也没问题:

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(15)

图3

那如何到下一步的:

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(16)

图4

这里关键是

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(17)

等于什么?假设F(x,y,z)=(x^2)yz-1=0,那么Fx=2xyz,还是x,y,z的函数,而z又是x,y的函数,所以上式就必须通过图1的方式对 Fx 求偏导,利用图2,得到

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(18)

图3中另一项Fz对x求偏导也一样处理,所以得到图4 的结果。其中

全偏导数怎么求(全导数和偏导数的转换)(19)

综上:

1:全导数和偏导数的区别就在于最终变量的个数,前者一个,后者多个。当偏导数的最终变量只有一个的时候,就转变成了全导数。

2:注意形如z=f(u,v,x)方程中 z 和函数 f 在意义上的区别。

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