九、偏導數和全部的變化

  朋友,火(huǒ)柴盒(hé)子,你總很麵熟的了。它是長(zhǎng)方形的,有長(zhǎng),有寬,又有高,這你(nǐ)都知道的,不是嗎?對於這種(zhǒng)有長有寬又有高的東西,我們要計較它的大(dà)小,就得(dé)算(suàn)出它的體(tǐ)積,算這(zhè)種火柴(chái)盒子的(de)體(tǐ)積的方法,算術裏已經講(jiǎng)過,是把它的長、寬、高(gāo)來(lái)相乘。因此(cǐ),這(zhè)三個數中若有一個變了一點,它的體積(jī)也跟著要變的,所以我們可以說火柴盒子的體(tǐ)積是這三(sān)個量的(de)函數:設若它的長是a,寬(kuān)是b,高是c,體積是v,我們(men)就可得出下麵的式子:

  v=

  假如你(nǐ)有的火柴(chái)盒子是燮昌公司的,我有(yǒu)的卻是丹鳳公司的,你一定要和我爭(zhēng),說是你那一個的體積比我這一個的大。朋友!空口說白話,絕不能叫我心服,我得向(xiàng)你要證明,你有法子嗎?你隻好將(jiāng)它們的長、寬、高都比一比,找出燮昌的盒子有一邊,或兩邊,甚而至於三邊,都比丹鳳的盒子要長些,你真能這樣,我自(zì)然隻好啞口無言(yán)了。

  我們借這個小問題做引子,來看看火柴盒子這類東西的(de)體積(jī)的變化是怎樣一個情景,先得想象它的長a、寬b和高c都是可以隨我(wǒ)們的意(yì)思叫它(tā)們伸縮(suō)的。

  再得想象,它們的變化是連續的,好像(xiàng)你用打氣筒套在足球的橡皮膽上打(dǎ)氣的一般。火柴盒的三邊(biān)既(jì)然是連續地變(biàn),它的體(tǐ)積自然也得跟著連續地變(biàn),而(ér)恰好是三個變數a、b、c的連續函數。到了這裏,我(wǒ)們就(jiù)有(yǒu)了一個問題:

  “當這三個變數同時(shí)連續地變的時候,它們的(de)函數v的(de)無限小的變化,我們怎樣(yàng)去測呢?”

  以前,為了要計算無限小的變化,我們請出了(le)一件寶貨——導數來,不過那時的(de)函數是隻依賴著一個變(biàn)數的;現在,我們就來看,這(zhè)件寶貨碰到了幾個變數的函數,它還靈不靈。

  第一步我們先注意到,我們(men)能夠將下麵的(de)一個體積,

  =

  由以(yǐ)下將要說(shuō)到(dào)的(de)頂簡便的方法(fǎ)變成這麽一個新(xīn)體積:

  =

  開始,我們將這體積的寬和高保持住老(lǎo)樣子,不讓它改變,隻使長加大一點變成(chéng)。

  接(jiē)著(zhe),再保住和,隻(zhī)讓寬變到。

  末了(le),將和保住,隻將變到(dào)。

  這種(zhǒng)方法,我們是用三次手續使體積變到的,在每一次我們都(dōu)隻讓一個變數(shù)改變。

  隻依賴著(zhe)一(yī)個(gè)變數的函數,它(tā)的變化,我們以前是用這個函數(shù)的導數來(lái)表示。

  第一個表示隻將a當變數,第二個和(hé)第三個相應地表示隻將b或c當變(biàn)數。

  你將前(qián)麵說過的關於微分的式子記起來吧!

  =

  同樣地(dì),若要找v的變(biàn)化,那就得將它三邊(biān)的變化加起來,所以:

  這個東西,在數學上給它一(yī)個(gè)名字叫“全微分”。

  由上麵的例子,推到一般的情形去,我們就(jiù)可以(yǐ)說:

  “幾(jǐ)個變數的函數,它的全部變化,可以用它的全微分表示。這全微分呢,便等於這函數對於各變數的偏微分的和。”所以要求出一個函數的全微分,必須分(fèn)次求出它對於每一(yī)個變數的偏導數。

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