方向导数和梯度.ppt

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1、关于方向导数与梯度第一张，PPT共三十四页，创作于2022年6月一、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张，PPT共三十四页，创作于2022年6月当当 沿着沿着 趋于趋于 时，时，是否存在？是否存在？第三张，PPT共三十四页，创作于2022年6月记为记为方向导数的几何意义方向导数的几何意义第四张，PPT共三十四页，创作于2022年6月过直线过直线 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

2、线第五张，PPT共三十四页，创作于2022年6月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第六张，PPT共三十四页，创作于2022年6月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张，PPT共三十四页，创作于2022年6月故有方向导数故有方向导数第八张，PPT共三十四页，创作于2022年6月解解第九张，PPT共三十四页，创作于2022年6月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张

3、，PPT共三十四页，创作于2022年6月推广可得三元函数方向导数的定义推广可得三元函数方向导数的定义第十一张，PPT共三十四页，创作于2022年6月解解令令故故方向余弦为方向余弦为第十二张，PPT共三十四页，创作于2022年6月故故第十三张，PPT共三十四页，创作于2022年6月二、梯度的概念二、梯度的概念第十四张，PPT共三十四页，创作于2022年6月第十五张，PPT共三十四页，创作于2022年6月在几何上在几何上 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张，PP

4、T共三十四页，创作于2022年6月等高线的画法等高线的画法第十七张，PPT共三十四页，创作于2022年6月例如例如,第十八张，PPT共三十四页，创作于2022年6月梯度与等高线的关系：梯度与等高线的关系：第二十张，PPT共三十四页，创作于2022年6月此时此时 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，梯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，这个法线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。方向就是方向导数取得最大值的方向。第二十一张，PPT共

5、三十四页，创作于2022年6月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，其模为方向导向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数的最大值.第二十二张，PPT共三十四页，创作于2022年6月第二十三张，PPT共三十四页，创作于2022年6月解解 由梯度计算公式得由梯度计算公式得故故第二十四张，PPT共三十四页，创作于2022年6月例例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

6、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 求导求导第二十五张，PPT共三十四页，创作于2022年6月解得解得（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二十六张，PPT共三十四页，创作于2022年6月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,即梯即梯度是函数在这点增长最快的方向度是函数在这点增长最快的方向 从等高线的角

7、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 第二十七张，PPT共三十四页，创作于2022年6月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二十八张，PPT共三十四页，创作于2022年6月故故方向导数存在偏导数存在 可微第二十九张，PPT共三十四页，创作于2022年6月三、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三十张，PPT共三十四页，创作于2022年6月思考题解答思考题解答第三十一张，PPT共三十四页，创作于2022年6月练练 习习 题题第三十二张，PPT共三十四页，创作于2022年6月第三十三张，PPT共三十四页，创作于2022年6月感感谢谢大大家家观观看看第三十四张，PPT共三十四页，创作于2022年6月