最新同济大学高等数学课件D87方向导数与梯度ppt课件.ppt

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1、l),(zyxP一、方向导数一、方向导数定义定义: 若函数),(zyxff0lim则称lflf,)()()(222zyx,cosx,cosycosz为函数在点 P 处沿方向 l 的方向导数方向导数.),(),(lim0zyxfzzyyxxf在点 ),(zyxP处沿方向 l (方向角为, ) 存在下列极限: 机动 目录 上页 下页 返回 结束 P记作记作 1. 定义定义, fadrg即fadrg同样可定义二元函数),(yxf),(yxPyfxfjyfixff,grad称为函数 f (P) 在点 P 处的梯度zfyfxf,kzfjyfixf记作(gradient),在点处的梯度 机动 目录 上页

2、下页 返回 结束 G说明说明: 函数的方向导数为梯度在该方向上的投影.向量2. 梯度的几何意义梯度的几何意义函数在一点的梯度垂直于该点等值面(或等值线) ,机动 目录 上页 下页 返回 结束 面上的投在曲线xoyCzyxfz),(CyxfL),(:*影称为函数 f 的等值线等值线 . ,不同时为零设yxff则L*上点P 处的法向量为 Pyxff),(Pfgradoyx1cf 2cf 3cf )(321ccc设P同样, 对应函数, ),(zyxfu 有等值面(等量面),),(Czyxf当各偏导数不同时为零时, 其上 点P处的法向量为.gradPf, ),(yxfz 对函数指向函数增大的方向.3.

3、 梯度的基本运算公式梯度的基本运算公式0grad(1)CuCuCgrad)(grad(2)vuvugradgrad)(grad(3)uvvuvugradgrad)(grad(4)uufufgrad)()(grad(5)机动 目录 上页 下页 返回 结束 例例4.,)(可导设rf),(222zyxPzyxr为点其中证证:xrf)()(rf yrf)()( gradrf)(1)(kzjyixrrfrrrf1)( rzrfzrf)()(0)(rrfjyrf)(kzrf)(xrrf)(222zyxxPxozy,)(ryrf ixrf)(试证rxrf)( 机动 目录 上页 下页 返回 结束 .)()(r

4、adg0rrfrf处矢径 r 的模 ,r三、物理意义三、物理意义函数(物理量的分布)数量场数量场 (数性函数)场向量场向量场(矢性函数)可微函数)(Pf梯度场梯度场)(gradPf( 势 )如: 温度场, 电位场等如: 力场,速度场等(向量场) 注意注意: 任意一个向量场不一定是梯度场.机动 目录 上页 下页 返回 结束 例例5. 已知位于坐标原点的点电荷 q 在任意点),(4222zyxrrqu),(zyxP试证证证: 利用例4的结果 这说明场强:处所产生的电位为垂直于等位面,且指向电位减少的方向.机动 目录 上页 下页 返回 结束 Eugrad)4(02rrqE 场强04gradrrqu0

5、24rrqE0)()(gradrrfrf内容小结内容小结1. 方向导数方向导数 三元函数 ),(zyxf在点),(zyxP沿方向 l (方向角),为的方向导数为coscoscoszfyfxflf 二元函数 ),(yxf在点),(yxP),的方向导数为coscosyfxflf沿方向 l (方向角为yfxfcossin机动 目录 上页 下页 返回 结束 2. 梯度梯度 三元函数 ),(zyxf在点),(zyxP处的梯度为zfyfxff,grad 二元函数 ),(yxf在点),(yxP处的梯度为),(, ),(gradyxfyxffyx3. 关系关系方向导数存在偏导数存在 可微机动 目录 上页 下页

6、 返回 结束 0gradlflf梯度在方向 l 上的投影.思考与练习思考与练习1. 设函数zyxzyxf2),(1) 求函数在点 M ( 1, 1, 1 ) 处沿曲线 12 32tztytx在该点切线方向的方向导数;(2) 求函数在 M( 1, 1, 1 ) 处的梯度梯度与(1)中切线方向切线方向 的夹角 .2. P73 题 16机动 目录 上页 下页 返回 结束 ,),(2zyxzyxf曲线 12 32tztytx1. (1)在点)3,4, 1 (1dd,dd,ddttztytx)1 , 1 , 1(coscoscoszyxMffflf266解答提示解答提示:机动 目录 上页 下页 返回 结

7、束 函数沿 l 的方向导数lM (1,1,1) 处切线的方向向量)0,1,2(grad)2(MfMMflfgrad13061306arccosMfgrad机动 目录 上页 下页 返回 结束 l cosMfgradl42042042020020020022222220czbyaxczzbyyaxxnuM4204204202czbyax2. P73 题 16P51 2，3，6，7，8，9，10 作业作业第八节 目录 上页 下页 返回 结束 备用题备用题 1. 函数)ln(222zyxu在点)2,2, 1 (M处的梯度Mugrad)2, 2, 1 (,gradzuyuxuuM解解:,222zyxr令

8、则xu21rx2注意 x , y , z 具有轮换对称性)2, 2, 1 (2222,2,2rzryrx)2,2, 1 (92)2,2, 1 (92(92考研考研)机动 目录 上页 下页 返回 结束 指向 B( 3, 2 , 2) 方向的方向导数是 .在点A( 1 , 0 , 1) 处沿点Axd d2. 函数)ln(22zyxu提示提示:31,32,32则cos,cos,cosAxu) 1ln( x1x,21yd dAyu) 11ln(2y0y,0(96考研考研)机动 目录 上页 下页 返回 结束 , ) 1 ,2,2(AB0ABl 2121Azucoscoscoszuyuxulu2123 结束语结束语