Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

А.Н.Шерстнев - Математический анализ

..pdf
Скачиваний:
30
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
2.83 Mб
Скачать
Lx : E

differencirowanie otobravenij

x75. kASATELXNOE OTOBRAVENIE I EGO SWOJSTWA

1. pUSTX E I F | EWKLIDOWY PROSTRANSTWA NAD POLEM I ( E) | OTKRYTOE MNOVESTWO. oTOBRAVENIE f : ! F NAZYWAETSQ DIFFE- RENCIRUEMYM W TO^KE x 2 , ESLI SU]ESTWUET LINEJNOE OTOBRAVENIE

! F TAKOE, ^TO

(1)

 

 

 

f (x + h) , f (x) = Lx h + o(h)

(h ! ):

faSIMPTOTI^ESKOE RAWENSTWO r(h) = o(h)

(h ! ) OZNA^AET, ^TO

h!0

kkhkk

 

g

 

 

lim

r(h)

= 0.

 

|TO LINEJNOE OTOBRAVENIE NAZYWAETSQ DIFFERENCIALOM

ILI KASATELXNYM OTOBRAVENIEM, ILI PROIZWODNOJ FUNKCII f W TO^KE x. oTOBRAVENIE Lx OBOZNA^AETSQ TAKVE SIMWOLAMI df (x); f0 (x).

2. z A M E ^ A N I E. w ^ASTNOSTI, DLQ FUNKCII f : ! C ( C ), PRIHODIM K OPREDELENI@ PROIZWODNOJ FUNKCII ODNOGO KOMPLEKSNOGO PEREMENNOGO; \TA PROIZWODNAQ W TO^KE z0 2 MOVET BYTX WY^ISLENA S POMO]X@ PRIWY^NOJ FORMULY

f0(z0) = lim 1 [f (z0 + h) , f (z0)]:

h!0 h

pOLEZNO POMNITX, ^TO \TO | LINEJNOE OTOBRAVENIE IZ C W C , DEJSTWU@-

]EE PO FORMULE f0(z0)(h) = f0(z0) h (h 2 C ).

oTMETIM \LEMENTARNYE SWOJSTWA KASATELXNOGO OTOBRAVENIQ, WYTEKA- @]IE IZ EGO OPREDELENIQ.

3. eSLI OTOBRAVENIE f DIFFERENCIRUEMO W TO^KE x, TO SOOTWET- STWU@]EE KASATELXNOE OTOBRAVENIE OPREDELENO ODNOZNA^NO.

pUSTX NARQDU S (1) IMEET MESTO RAWENSTWO

(2)

f (x + h) , f(x) = Lh + o(h) (h ! );

GDE L | E]E ODNO LINEJNOE OTOBRAVENIE IZ E W F . pOLOVIM A = L ,Lx. wY^ITAQ (1) IZ (2), IMEEM Ah = o(h) (h ! ). tOGDA DLQ PROIZWOLXNOGO

121

y

2

E POLU^AEM Ay = lim

1

A(ty) = lim o(ty)

= (t

2

R | ^ISLOWOJ

 

 

t!0 t

t!0

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PARAMETR). iTAK, A = 0, TO ESTX L = Lx:

 

>

 

 

 

 

 

 

 

4. eSLI OTOBRAVENIE f DIFFERENCIRUEMO W TO^KE x, TO ONO W \TOJ TO^KE NEPRERYWNO.

uTWERVDENIE SLEDUET IZ OCENKI (SM. 74.2)

kf (x + h) , f(x)k kf0(x)k khk + ko(h)k (h ! ): >

5.eSLI f : ! F POSTOQNNO, TO f0(x) = 0 (x 2 ).

6.wSQKOE LINEJNOE OTOBRAVENIE A : E ! F DIFFERENCIRUEMO W KAVDOJ TO^KE x 2 E, PRI^EM A0(x) = A.

w SILU LINEJNOSTI A RAWENSTWO (1) PRIOBRETAET WID A(x + h) , Ax =

Ah (x; h 2 E): >

7.eSLI f; g DIFFERENCIRUEMY W TO^KE x, TO W \TOJ TO^KE DIFFE- RENCIRUEMY OTOBRAVENIQ f g; f ( 2 ), PRI^EM

(f g)0(x) = f0(x) g0(x); ( f)0 (x) = f0(x):

8. [dIFFERENCIROWANIE SUPERPOZICII OTOBRAVENIJ]. pUSTX ZADANY OTOBRAVENIQ f : ! F; g : ! G ( E; F; f( ) ), PRI^EM f DIFFERENCIRUEMO W TO^KE x 2 , A g DIFFERENCIRUEMO W TO^KE f (x) 2. tOGDA g f DIFFERENCIRUEMO W TO^KE x I

(g f )0(x) = g0(f (x)) f0(x):

sPRAWEDLIWA WYKLADKA

g(f(x + h)) ,

g(f (x)) = g(f(x) + [f (x + h) , f(x)]) , g(f(x))

= g0

(f (x))[f(x + h) , f (x)] + o(f(x + h) , f (x))

=

g0

(f (x))(f0(x)h + o(h)) + o(f0 (x)h + o(h))

= g0

(f (x)) f0(x)(h) + g0(f(x))(o(h)) + o(h) (h ! ):

 

 

g

(f (x))(o(h))

o(h)

tEPERX IZ OCENKI

k 0

khk

k

kg0(f (x))k kkhkk SLEDUET, ^TO

g f (x + h) , g f (x) = g0 (f (x)) f0

(x)(h) + o(h) (h ! ):

 

>

 

122

u P R A V N E N I Q. 9. uBEDITESX, ^TO NIKAKAQ NORMA k k W EWKLIDOWOM PROSTRANSTWE E NE DIFFERENCIRUEMA W .

10. pUSTX f : E ! F OBLADAET SWOJSTWOM kf (x)k kxk2 (x 2 E). nAJDITE f0( ).

x76. ~ASTNYE PROIZWODNYE

dALEE W \TOM RAZDELE MY BUDEM ZANIMATXSQ DIFFERENCIALXNYMI SWOJ- STWAMI OTOBRAVENIJ ISKL@^ITELXNO W WE]ESTWENNYH EWKLIDOWYH PRO- STRANSTWAH.

1. pRISTUPAQ K NAHOVDENI@ \FFEKTIWNYH SPOSOBOW WY^ISLENIQ KASA- TELXNYH OTOBRAVENIJ, WWEDEM WAVNOE PONQTIE ^ASTNOJ PROIZWODNOJ DLQ

FUNKCIJ MNOGIH PEREMENNYH.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pUSTX

|

 

OTKRYTOE MNOVESTWO W

Rn

; fe1; : : : ; eng

|

STANDARTNYJ

BAZIS W

n

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

; f :

R | FUNKCIQ; j-J ^ASTNOJ PROIZWODNOJ FUNKCII f W

 

 

 

 

1

 

 

n

)

2

(OBOZNA^AETSQ

 

@f

(x0 ) ILI f0j

(x0)) NAZYWA-

TO^KE x0 = (x

; : : : ; x

 

 

@xj

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

ETSQ SLEDU@]IJ PREDEL, (ESLI ON SU]ESTWUET):

 

 

 

 

 

@f

(x

 

) =

 

lim

1

 

[f (x

 

+ te

)

,

f (x

 

)]

 

 

 

 

 

 

 

 

@xj

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

t!0

 

 

 

0

j

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

lim

1

 

[f (x1; : : : ; xj + t; : : : ; xn)

,

f(x1; : : : ; xj

; : : : ; xn)];

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

t!0

 

 

 

0

 

0

 

 

 

0

0

0

0

TO ESTX @x@fj (x0 ) | \TO PROIZWODNAQ FUNKCII f (x10; : : : ; xj; : : : ; xn0 ) ODNOGO

PEREMENNOGO xj W TO^KE xj0 (PRI FIKSIROWANNYH OSTALXNYH PEREMENNYH). oTS@DA SLEDUET, ^TO ^ASTNAQ PROIZWODNAQ OPREDELENA ODNOZNA^NO (KOLX SKORO ONA SU]ESTWUET).

 

0;

ESLI x = 0 ILI y = 0,

 

2. p R I M E R. pUSTX f(x; y) = 1;

W PROTIWNOM SLU^AE,

 

((x; y) 2 R2). tOGDA

@f

(0; 0) =

@f

(0; 0) = 0.

 

@x

@y

 

x77. mATRICA qKOBI

 

 

 

pUSTX

STANDARTNYE BAZISY W PROSTRAN

 

1. n

mfe1; : : : ; eng; ff1; : : : ; fmg |

m

 

-

STWAH R

I R SOOTWETSTWENNO I ' : ! R

, GDE | NEKOTOROE OTKRYTOE

123

MNOVESTWO W Rn. oTOBRAVENIE ' OPREDELENO SISTEMOJ m SWOIH KOORDI-

NATNYH FUNKCIJ 'i

(1 i m) n PEREMENNYH (SM. 66.5):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x = (x1; : : : ; xn) 2 ):

 

 

 

'(x1; : : : ; xn) =

i=1

'i (x1; : : : ; xn)fi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pUSTX ' DIFFERENCIRUEMO W TO^KE x

2

: '(x + h)

,

'(x) = '0 (x)h +

o(h)

(h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

). wY^ISLIM MATRICU [di ] KASATELXNOGO OTOBRAVENIQ '0(x).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

72.1) ZAMETIM, ^TO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dLQ \TOGO (S U^ETOM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'0 (x)ej

=

lim

1

'0(x)(tej) = lim

1

['(x + tej )

,

'(x) + o(t)]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t!0

t

 

 

 

 

 

 

 

t!0

t

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

lim

1

['(x + tej )

,

'(x)] = lim

 

 

1

['i(x

+ tej )

,

'i(x)]fi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t!0

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t!0 i=1

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

i=1

@'

(x)fi

(1 j n):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@xj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

iTAK dij =

@'

(x). mATRICA ^ASTNYH PROIZWODNYH

@'

(x)

NAZYWAET-

@xj

@xj

SQ MATRICEJ qKOBI

 

OTOBRAVENIQ '0(x). pOLU^EN \FFEKTIWNYJ SPOSOB

WY^ISLENIQ KASATELXNOGO OTOBRAVENIQ (ESLI ONO SU]ESTWUET). oTMETIM

WAVNYE ^ASTNYE SLU^AI.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. [pROIZWODNAQ FUNKCII n PEREMENNYH]. pUSTX f (x) (x 2

) | FUNK-

CIQ n PEREMENNYH. mATRICA qKOBI f0 (x) QWLQETSQ TOGDA (n

1)-MATRICEJ

 

@f

(x); : : : ;

 

@f

(x) , A ZNA^ENIE DIFFERENCIALA FUNKCII f NA SME]ENII

 

1

 

n

@x

 

 

 

 

@x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@f

 

 

 

 

h = (dx1; : : : ; dxn) WY^ISLQETSQ PO FORMULE df (x) = n

 

 

(x)dxj:

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j=1 @x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. [pROIZWODNAQ WEKTOR-FUNKCII].

pUSTX

WEKTOR-FUNKCIQ x(t) =

(x1(t); : : : ; xm(t)) (t

2

 

 

R) DIFFERENCIRUEMA W TO^KE t

 

2

. tOGDA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x10(t)

3 | (1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MATRICA qKOBI DLQ x0

(t) = 2

: : :

 

m)-MATRICA. dIFFERENCI-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 xm0(t) 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AL \TOJ WEKTOR-FUNKCII, SOOTWETSTWU@]IJ SME]ENI@ dt, RAWEN dx(t) = (x10(t)dt; : : : ; xm0(t)dt).

4. [fORMULA POLNOJ PROIZWODNOJ]. pUSTX SKALQRNAQ FUNKCIQ g(t) = f (x1(t); : : : ; xn (t)) (t 2 R) | SUPERPOZICIQ FUNKCII f n PEREMEN- NYH I WEKTOR-FUNKCII x(t) (SO ZNA^ENIQMI W Rn ). w PREDPOLOVENII, ^TO

124

( 0 (x)

DIFFERENCIROWANIE WOZMOVNO:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g0(t) =

d

f(x1(t); : : : ; xn(t)) =

n

@f

(x(t))xj0

(t):

 

 

X

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

@xj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j=1

 

 

 

 

w SILU 75.8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

x10(t)

3

 

 

 

 

 

 

 

@f

 

 

 

@f

 

g0(t) = f0(x(t)) x0(t) =

(x(t)); : : : ;

(x(t))

: : :

1

n

 

 

 

 

 

 

@x

 

 

@x

6 xn0(t)

7

 

n

 

 

 

 

 

 

 

=

P

@f

(x(t))xj0(t):

 

>

 

 

 

 

 

4

 

5

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. [aRIFMETI^ESKIE SWOJSTWA PROIZWODNOJ FUNKCIJ MNOGIH PEREMEN-

NYH]. pUSTX f; g : ! R ( Rn) DIFFERENCIRUEMY W x 2 . tOGDA W \TOJ TO^KE DIFFERENCIRUEMY FUNKCII f g; f=g (ESLI g(x) 6= 0), PRI^EM

(f g)0 (x) = g(x)f0(x) + f (x)g0(x);

 

f

 

 

1

 

(g )0 (x) =

g2

(x)[g(x)f0(x) , f (x)g0(x)]:

|TI FORMULY MOVNO POLU^ITX WYKLADKAMI, ANALOGI^NYMI SKALQRNOMU SLU^A@ (30.1). s CELX@ ILL@STRACII RAZWITOJ TEHNIKI MY PRIWEDEM DRU- GOJ WYWOD (OGRANI^IMSQ PERWOJ FORMULOJ). oTOBRAVENIE x ! f (x)g(x) PREDSTAWIM KAK SUPERPOZICI@ DWUH OTOBRAVENIJ: f (x)g(x) = (x) (x 2), GDE : R2 ! R DEJSTWUET PO FORMULE (u; v) = uv (u; v 2 R), A OTOBRA- VENIE : ! R2 | PO FORMULE (x) = ff(x); g(x)g. pODS^ITAEM MAT-

RICY qKOBI \TIH OTOBRAVENIJ: 0(u; v) = [v; u]; 0(x) = f00(x) g (x)

QWLQETSQ (n 2)-MATRICEJ, SOKRA]ENNO ZAPISANNOJ KAK (1 2)-MATRICA). w SILU 75.8 IMEEM

 

 

 

(f g)0(x) = 0( (x)) 0

 

 

 

f0 (x)

 

 

 

(x) = [ g(x); f (x) ] g0(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

= g(x)f0(x) + f (x)g0(x):

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. p R I M E R. pUSTX ' :

R2

!x

R2 ZADANO KOORDINATNYMI FUNKCIQ-

 

 

1

 

 

 

x

 

2

 

 

sin y ((x; y)

2

2

MI ' (x; y) = e

 

cosy; '

(x; y) = e

R ), TO ESTX '(x; y) =

(e

x

 

x

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

cos y; e sin y) ((x; y)

R ). mATRICA qKOBI OTOBRAVENIQ ' IMEET WID

'0(x; y) =

ex cos y

ex2siny

.

 

 

 

 

 

e

x

 

 

 

,x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin y

e cos y

 

 

 

 

 

 

125

x78. uSLOWIQ DIFFERENCIRUEMOSTI OTOBRAVENIJ

mY NAU^ILISX WY^ISLQTX MATRICU KASATELXNOGO OTOBRAVENIQ W PRED- POLOVENII EGO SU]ESTWOWANIQ. pOLU^IM USLOWIQ, PRI KOTORYH MATRICA ^ASTNYH PROIZWODNYH OPREDELQET KASATELXNOE OTOBRAVENIE. nA^NEMS FUNKCIJ n PEREMENNYH.

1. pUSTX : ! R ( Rn), I WSE ^ASTNYE PROIZWODNYE @x@ k (1

k n) OPREDELENY W NEKOTOROJ OKRESTNOSTI TO^KI x 2 I NEPRERYWNY W SAMOJ TO^KE x. tOGDA DIFFERENCIRUEMO W x.

dLQ NAGLQDNOSTI OGRANI^IMSQ SLU^AEM n = 3: w SILU PREDPOLOVENIJ SPRAWEDLIWA WYKLADKA

(x1 + h1; x2 + h2; x3 + h3)

 

 

 

 

(x1; x2; x3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (x1 + h1; x,2 + h2; x3 + h3) ,

 

 

(x1; x2 + h2; x3 + h3 )

 

 

 

 

 

+ (x1; x2 + h2; x3 + h3)

,1

 

 

(x1; x2; x3 + h3 )

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

; x

3

+ h

3

)

 

 

 

2

3

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ (x

; x

 

 

(x

; x ; x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 1

 

 

1

 

2

 

 

2

 

 

 

 

3,

3

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x ; x

 

 

+ h

; x + h )h + o(h )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 0 2

(x1; x2; x3 + h3)h2 + o(h2 ) + 0 3

(x1

; x2; x3)h3 + o(h3 )

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 1

(x1; x2 + h2; x3 + h3)h1 + 0

2 (x1

; x2; x3 + h3)h2

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 0 3

(x1; x2; x3 )h3 + o(h)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

3x

 

 

0 i (x1; x2; x3)hi + r(h);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GDE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r(h) = [ 0

 

1

(x1; x2 + h2; x3 + h3 )

 

0

1

(x1; x2; x3)]h1

 

 

 

 

 

 

x

 

1 2 3

 

 

 

 

3

,

 

 

 

, 1x

2 3

2

 

 

 

 

 

 

 

x

2

(x ; x ; x + h )

 

x

(x ; x ; x )]h + o(h)

 

 

 

 

 

+ [ 0

 

 

 

0

2

 

 

 

 

 

= o(h) (h

!

):

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sFORMULIRUEM TEPERX OB]EE UTWERVDENIE.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. pUSTX '1; : : :; 'm

 

 

| KOORDINATNYE

 

FUNKCII

OTOBRAVENIQ

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

2

 

' :

 

Rm (

 

Rn). ~TOBY ' BYLO DIFFERENCIRUEMYM W TO^KE x

 

 

NEOBHODIMO, ^TOBY BYLA OPREDELENA MATRICA

 

@'

(x) ,

I DOSTATO^NO,

@xj

^TOBY \TA MATRICA BYLA OPREDELENA W NEKOTOROJ OKRESTNOSTI TO^KI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x I WSE ^ASTNYE PROIZWODNYE

@'

BYLI W \TOJ TO^KE NEPRERYWNYMI.

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nEOBHODIMOSTX USTANOWLENA WY[E (77.1). dOKAVEM DOSTATO^NOSTX. pUSTX

m

f1; : : :; fm | STANDARTNYJ BAZIS W Rm I '(y) = P 'i (y)fi (y 2 ). w SI-

i=1

126

LU P. 1 KOORDINATNYE FUNKCII 'i DIFFERENCIRUEMY W x

, TAK ^TO

'i(x + h) , 'i (x) = 'i0(x)h + o(h) (h ! ). sLEDOWATELXNO, 2

 

 

 

 

 

 

m

 

 

m

 

 

 

 

'(x + h) , '(x) = i=1['i0(x)h + o(h)]fi = i=1('i0(x)h)fi

+ o(h)

 

 

 

 

P

 

 

P

 

 

 

 

 

 

= '0(x)h + o(h) (h !

);

 

 

 

 

GDE '0(x) | LINEJNOE OTOBRAVENIE IZ Rn W Rm, OPREDELENNOE

MATRICEJ

 

i

 

 

 

 

 

 

 

@'

(x) :

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@xj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. z A M E ^ A N I E. w 76.2 MATRICA

@f

( );

 

@f

( ) OPREDELENA. oDNAKO

 

@x

@y

f NE DIFFERENCIRUEMA W , IBO ONA W DAVE RAZRYWNA. tAKIM OBRAZOM, SU]ESTWOWANIE MATRICY qKOBI NE QWLQETSQ DOSTATO^NYM USLOWIEM DIF- FERENCIRUEMOSTI FUNKCII.

x79. kASATELXNAQ PLOSKOSTX

1. pUSTX POWERHNOSTX (S) W R3 OPISYWAETSQ URAWNENIEM

( )

z = f (x; y)

((x; y) 2 R2):

 

 

pLOSKOSTX

( ) NAZYWAETSQ

KASATELXNOJ K POWERHNOSTI

(S) W TO^KE

a0 2 (S),

ESLI RASSTOQNIE

d(a; ( ))

OT PEREMENNOJ TO^KI

a 2 (S)

DO

 

 

 

PLOSKOSTI

( ) UDOWLETWORQET ASIMPTOTI^ESKOMU RAWENSTWU d(a; ( )) =

o(ka , a0k) (a ! a0; a 2 (S)).

2. pUSTX f DIFFERENCIRUEMA W TO^KE (x0; y0). tOGDA POWERHNOSTX (S), OPISYWAEMAQ URAWNENIEM ( ), OBLADAET EDINSTWENNOJ KASATELXNOJ PLOSKOSTX@ ( ) W TO^KE a0 = (x0; y0; z0):

z, z0 = fx0 (x0; y0)(x , x0) + fy0 (x0; y0)(y , y0 ):

iZ KURSA ANALITI^ESKOJ GEOMETRII IZWESTNO, ^TO

d(a; ( )) = M1 jz , z0 , fx0 (x0; y0)(x , x0) , fy0 (x0; y0 )(y , y0 )j;

GDE a = (x; y; z) 2 (S); M = h1 + fx0 (x0; y0 )2 + fy0 (x0; y0 )2i1=2 . tAK KAK f

DIFFERENCIRUEMA W (x0; y0), IMEEM d(a; ( )) = o([(x , x0)2 + (y , y0)2]1=2) (a ! a0). sLEDOWATELXNO,

127

) kf0(x) , f0(y)k < ")

lim

d(a; ( ))

 

= lim

 

 

d(a; ( ))

 

 

 

 

 

 

ka , a0k

 

,

x0)2 + (y

,

y0)2 ]1=2

 

 

 

a!a0

a!a0

[(x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[(x , x0 )2 + (y , y0)2]1=2

= 0:

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ka , a0k

 

 

 

kASATELXNAQ PLOSKOSTX EDINSTWENNA (!!).

 

 

 

 

 

x80. nEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMYE OTOBRAVENIQ

 

 

 

1. pUSTX E

I F

|

EWKLIDOWY

PROSTRANSTWA, A OTOBRAVENIE

f: ! F ( E) DIFFERENCIRUEMO W KAVDOJ TO^KE OTKRYTOGO MNOVES- TWA . tOGDA OPREDELENO OTOBRAVENIE f0 : ! L(E; F ), SOPOSTAWLQ@]EE KAVDOJ TO^KE x 2 KASATELXNOE OTOBRAVENIE f0(x) 2 L(E; F ). oTOBRA- VENIE f0 ESTESTWENNO NAZWATX (PO ANALOGII S 29.4) PROIZWODNOJ FUNKCII

fW OBLASTI .

2.oTOBRAVENIE f NAZYWAETSQ NEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMYM W ,

ESLI OTOBRAVENIE f0 : ! L(E; F ) NEPRERYWNO:

8x 2 8" > 0 9 > 0 8y 2 (kx , yk <

(ZDESX kf0 (x),f0(y)k OZNA^AET NORMU LINEJNOGO OTOBRAVENIQ f0(x),f0(y) (SM. 74.1)).

3. eSLI OTOBRAVENIE f NEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMO, TO OTOBRA-

VENIE x ! kf0(x)k NEPRERYWNO.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|TO SLEDUET IZ OCENKI j kf0 (x)k , kf0(y)kj kf0(x) , f0(y)k:

 

>

 

 

4. oTOBRAVENIE f :

!

Rm

 

(

 

Rn ) NEPRERYWNO DIFFERENCIRU-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

EMO W TTOGDA WSE ^ASTNYE PROIZWODNYE

 

@f

 

(fi | KOORDINATNYE

 

j

FUNKCII f ) NEPRERYWNY W .

 

 

 

 

 

 

 

 

@x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nEOBHODIMOSTX. pUSTX f NEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMO W . w SILU

 

 

 

 

 

 

@fi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

78.2 WSE ^ASTNYE PROIZWODNYE

 

@x

j

OPREDELENY W . iH NEPRERYWNOSTX

SLEDUET IZ OCENKI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

i

 

 

 

i

 

 

 

i

2

3

1=2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@x@fj (x) , @x@fj (y) 2

i;j

 

@x@fj (x) , @x@fj (y)

 

 

= kf0(x) , f0(y)ke:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

dOSTATO^NOSTX. 4X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sOGLASNO 78.2 IZ NEPRERYWNOSTI W WSEH ^ASTNYH

PROIZWODNYH SLEDUET DIFFERENCIRUEMOSTX f W KAVDOJ TO^KE . pUSTX

128

x 2

I " > 0 PROIZWOLXNO. iZ NEPRERYWNOSTI

@fi

@xj

 

 

 

i

 

 

i

 

 

^TO SU]ESTWUET ij > 0 TAKOE, ^TO

@f

(x) ,

@f

(y)

@xj

@xj

pOLAGAQ = min ij, POLU^IM DLQ L@BOGO y

 

 

B (x)

 

 

i;j

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W TO^KE x SLEDUET,

< " (y 2 B (x)). nm ij

kf0(x) , f0 (y)k kf0 (x) , f0 (y)ke = 2 i;j

i

i

2

3

1=2

 

 

@x@fj (x) , @x@fj

(y)

< ":

 

>

 

 

 

 

 

4X

 

 

 

5

 

 

 

5. z A M E ^ A N I E. nA WEKTOR-FUNKCII ESTESTWENNO OBOB]AETSQ PO-

NQTIE GLADKOSTI (53.1{2). nEPRERYWNAQ WEKTOR-FUNKCIQ f

: [a; b] ! Rm

NAZYWAETSQ GLADKOJ,

ESLI ONA NEPRERYWNO DIFFERENCIRUEMA NA [a; b] I

SU]ESTWU@T PREDELY

lim

f0(t);

lim f0(t). wEKTOR-FUNKCIQ f

NAZYWAETSQ

 

t!a+

 

t!b,

 

 

 

 

 

 

 

NEPRERYWNOJ KUSO^NO-GLADKOJ, ESLI ONA NEPRERYWNA I SU]ESTWUET RAZLO-

VENIE (a = t0 < t1 < : : : < tn = b) TAKOE, ^TO f GLADKAQ NA KAVDOM OTREZKE [tj,1; tj ].

x81. iNTEGRAL OT NEPRERYWNOJ WEKTOR-FUNKCII

1. pUSTX f (t) = (f1 (t); : : : ; fm (t)) (a t b) | NEPRERYWNAQ WEKTOR- FUNKCIQ SO ZNA^ENIQMI W Rm. wSE KOORDINATNYE FUNKCII fi QWLQ@TSQ TOGDA OBY^NYMI NEPRERYWNYMI FUNKCIQMI NA OTREZKE [a; b]. iNTEGRALX- NOJ SUMMOJ rIMANA WEKTOR-FUNKCII f NAZYWAETSQ SUMMA

 

 

 

 

n

(tj , tj,1 )f( j ) (2 Rm ); tj,1 j tj ;

 

 

 

S =

X

 

 

 

 

 

j=1

 

 

 

 

 

GDE (a = t0

< t1 < : : : < tn

= b) | RAZLOVENIE [a; b]. nETRUDNO WI-

DETX

,

^TO DLQ NEPRERYWNOJ WEKTOR FUNKCII SU]ESTWUET PREDEL

lim S ,

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d( )!0

KOTORYJ ESTESTWENNO NAZWATX INTEGRALOM rIMANA WEKTOR-FUNKCII f PO

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

OTREZKU [a; b] I OBOZNA^ITX SIMWOLOM Za f(t) dt. tAKIM OBRAZOM,

 

 

 

b

 

 

 

b

b

fm (t) dt! (2 Rm):

 

 

 

Za

f (t) dt = Za

f1 (t) dt; : : : ; Za

 

nA WEKTORNYE INTEGRALY PERENOSQTSQ MNOGIE OBY^NYE SWOJSTWA INTEG- RALA. oTMETIM DWA NUVNYH NAM SWOJSTWA.

129

 

2.

dLQ NEPRERYWNOJ WEKTOR-FUNKCII f(t) (a t b) SU]ESTWUET

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PERWOOBRAZNAQ WEKTOR-FUNKCIQ F (t) (a

 

t

 

b) TAKAQ,

^TO dF (t) =

f (t)dt 3), PRI^EM

Za f(t) dt = F (b) , F (a).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

kZa f (t) dtk Za kf(t)k dt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iZ PREDPOLOVENIJ P. 2 KOORDINATNYE FUNKCII fi WEKTOR-FUNKCII f

 

 

i

. wEKTOR-FUNKCIQ F (t) = (F

1

(t); : : : ; F

m

(t))

OBLADA@T PERWOOBRAZNYMI F

 

 

QWLQETSQ TOGDA ISKOMOJ PERWOOBRAZNOJ DLQ f (t). iNTEGRAL W PRAWOJ ^ASTI P. 3 SU]ESTWUET. sLEDOWATELXNO,

bf(t) dt

=

lim S

k

=

lim

 

 

n

(tj

,

tj

 

1 )f( j )

kZa

k

 

k d( )!0n

 

d( )!0 k jP=1

b,

 

 

k

 

 

 

d( )!0 jP=1 k

 

 

k

,

 

,

 

 

Za

k

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

f( j ) (tj

 

tj

 

1) =

 

 

 

f (t)

 

dt:

>

x82. oCENO^NAQ FORMULA lAGRANVA

1. fORMULA lAGRANVA (KONE^NYH PRIRA]ENIJ) NE IMEET TO^NOGO ANA- LOGA W MNOGOMERNOM SLU^AE. |TOT FAKT SLEDUET IZ RASSMOTRENIQ SPIRALI W R3 S DOSTATO^NO PLOTNYMI WITKAMI (rIS. 18), KOTORAQ NI W ODNOJ TO^KE NE OBLADAET KASATELXNOJ, PARALLELXNOJ HORDE AB (SM. TAKVE NIVE P. 4). oDNAKO IMEET MESTO OCENO^NAQ FORMULA lAGRANVA:

2. pUSTX OTOBRAVENIE f : ! Rm ( Rn) NEPRERYWNO DIFFEREN- CIRUEMO W . pUSTX x 2 I h 2 Rn TAKOWY, ^TO fx +thj 0 t 1g . tOGDA SU]ESTWUET t0 2 [0; 1] TAKOE, ^TO

kf(x + h) , f (x)k kf0(x + t0h)k khk:

rASSMOTRIM WEKTOR-FUNKCI@ '(t) = f (x+th) (t 2 [0; 1]). iMEEM d'(t) = f0 (x + th)(h)dt, I W SILU 81.2

f(x + h) , f (x) = '(1) , '(0) = Z 1 f0(x + th)(h)dt:

0

3zDESX LEWAQ ^ASTX OPREDELENA W 77.3, A PRAWAQ PONIMAETSQ KAK PROIZWEDENIE SKALQRA-SME]ENIQ dt NA WEKTOR f(t), TO ESTX f(t)dt = (f1(t)dt,...,fm(t)dt).

130