方向导数与梯度 (2)精选课件.ppt

关于方向导数与梯度(2)第一页，本课件共有34页一、方向导数的定义一、方向导数的定义 讨论函数讨论函数 在一点在一点P沿某一方沿某一方向的变化率问题向的变化率问题第二页，本课件共有34页当当 沿着沿着 趋于趋于 时，时，是否存在？是否存在？第三页，本课件共有34页记为记为方向导数的几何意义方向导数的几何意义第四页，本课件共有34页过直线过直线 作平行于作平行于 z 轴的平面轴的平面 与曲面与曲面 z=f(x,y)所交的曲线记为所交的曲线记为 C 表示表示C 的割线向量的割线向量 即即即即割线转化为切线割线转化为切线第五页，本课件共有34页上式极限存在就意味着当点上式极限存在就意味着当点趋于点趋于点 曲线曲线C在点在点 P0 有唯一的切线有唯一的切线它关于它关于 方向的斜率方向的斜率就是方向导数就是方向导数LCM0TP0PMl第六页，本课件共有34页证明证明由于函数可微，则增量可表示为由于函数可微，则增量可表示为两边同除以两边同除以得到得到第七页，本课件共有34页故有方向导数故有方向导数第八页，本课件共有34页解解第九页，本课件共有34页解解由方向导数的计算公式知由方向导数的计算公式知故故第十页，本课件共有34页推广可得推广可得三元函数方向导数的定义三元函数方向导数的定义第十一页，本课件共有34页解解令令故故方向余弦为方向余弦为第十二页，本课件共有34页故故第十三页，本课件共有34页二、梯度的概念二、梯度的概念问题：问题：第十四页，本课件共有34页第十五页，本课件共有34页在几何上在几何上 表示一个曲面表示一个曲面曲面被平面曲面被平面 所截得所截得所得曲线在所得曲线在xoy面上投影如图面上投影如图梯度为等高线上的法向量梯度为等高线上的法向量等高线等高线第十六页，本课件共有34页等高线的画法等高线的画法第十七页，本课件共有34页例如例如,第十八页，本课件共有34页梯度与等高线的关系：梯度与等高线的关系：第十九页，本课件共有34页此时此时 f(x,y)沿该法线方向的方向导数为沿该法线方向的方向导数为 故应从数值较低的等高线指向数值较高的等高线，故应从数值较低的等高线指向数值较高的等高线，梯度的模等于函数在这个法线方向的方向导数，这个法梯度的模等于函数在这个法线方向的方向导数，这个法线方向就是方向导数取得最大值的方向。线方向就是方向导数取得最大值的方向。第二十页，本课件共有34页梯度的概念可以推广到三元函数梯度的概念可以推广到三元函数 类似于二元函数，此梯度也是一个向量，其方向类似于二元函数，此梯度也是一个向量，其方向与取得最大方向导数的方向一致，其模为方向导数与取得最大方向导数的方向一致，其模为方向导数的最大值的最大值.第二十一页，本课件共有34页第二十二页，本课件共有34页解解由梯度计算公式得由梯度计算公式得故故第二十三页，本课件共有34页例例5 求函数求函数沿曲线沿曲线在点在点处处的内法线方向的方向导数的内法线方向的方向导数解一解一用方向导数计算公式用方向导数计算公式即要求出从即要求出从 x 轴正向沿逆时针轴正向沿逆时针转到内法线方向的转角转到内法线方向的转角在在两边对两边对x 求导求导第二十四页，本课件共有34页解得解得（切线斜率）（切线斜率）故法线斜率为故法线斜率为内法线方向的方向余弦为内法线方向的方向余弦为而由而由得得第二十五页，本课件共有34页解二解二用梯度用梯度梯度是这样一个向量，其方向与取得最大方向梯度是这样一个向量，其方向与取得最大方向导数的方向一致，它的模等于方向导数的最大值导数的方向一致，它的模等于方向导数的最大值,即即梯度是函数在这点增长最快的方向梯度是函数在这点增长最快的方向 从等高线的角度来看，从等高线的角度来看，f(x,y)在点在点 P 的梯度的梯度 第二十六页，本课件共有34页方向与过点方向与过点P 的等高线的等高线 f(x,y)=C 在这点在这点的法线的一个方向相同，且从数值较低的等高线的法线的一个方向相同，且从数值较低的等高线指向数值较高的等高线指向数值较高的等高线等高线为等高线为f(x,y)=C 即即椭圆椭圆大于椭圆大于椭圆因此因此在点在点处的内法线恰好是梯度方向处的内法线恰好是梯度方向第二十七页，本课件共有34页故故第二十八页，本课件共有34页三、小结三、小结1、方向导数的概念、方向导数的概念（注意方向导数与一般所说偏导数的（注意方向导数与一般所说偏导数的区别区别）2、梯度的概念、梯度的概念（注意梯度是一个（注意梯度是一个向量向量）3、方向导数与梯度的关系、方向导数与梯度的关系思考题思考题第二十九页，本课件共有34页思考题解答思考题解答第三十页，本课件共有34页练练 习习 题题第三十一页，本课件共有34页第三十二页，本课件共有34页练习题答案练习题答案第三十三页，本课件共有34页感感谢谢大大家家观观看看第三十四页，本课件共有34页