多元函数

  • 多元函数定义
    • 设 D∈RnD\in R^n 是一个点集,对于 ∀P(x1,x2,…,xn)∈D\forall P(x_1,x_2,\dots,x_n)\in D。yy 按照一定规则 ff 总有唯一确定的值与 P(x1,x2,…,xn)P(x_1,x_2,\dots,x_n) 对于,则称 yy 或 ff 为 x1,x2,…,xnx_1,x_2,\dots,x_n 或 PP 的 nn 元函数,记作 y=f(x1,x2,…,xn)y=f(x_1,x_2,\dots,x_n) 或 z=f(P)z=f(P)。
    • x1,x2,…,xnx_1,x_2,\dots,x_n 为自变量,yy 为因变量,DD 为定义域。
    • 二元函数一般表示为 z=f(x,y)z=f(x,y),三元函数一般表示为 u=f(x,y,z)u=f(x,y,z)。
  • 多元极限
    • 定义
      • 设 f(x1,x2,…,xn)f(x_1,x_2,\dots,x_n) 在 P0(x10,x20,…,xn0)P_0(x_{10},x_{20},\dots,x_{n0}) 的某去心邻域内有定义,AA 是一个数,如果对于 ∀ϵ>0\forall \epsilon>0,∃δ>0\exists \delta>0,使得 ∣f(x1,x2,…,xn)−A∣<ϵ ((x1,x2,…,xn)∈U˚(P0,δ)) |f(x_1,x_2,\dots,x_n)-A|<\epsilon\ \left((x_1,x_2,\dots,x_n)\in \mathring U(P_0, \delta)\right) 则当 x1,x2,…,xnx_1,x_2,\dots,x_n 时,f(x1,x2,…,xn)f(x_1,x_2,\dots,x_n) 的极限为 AA,记作 lim⁡(x1,x2,…,xn)→(x10,x20,…,xn0)f(x1,x2,…,xn)=A \lim_{(x_1,x_2,\dots,x_n)\to(x_{10},x_{20},\dots,x_{n0})} f(x_1,x_2,\dots,x_n)=A lim⁡P→P0f(P)=A \lim_{P\to P_0} f(P)=A
    • 注意事项
      • 多元极限中 P→P0P\to P_0 的方式是任意的,如果存在不同的方式使得 lim⁡P→P0f(P)\lim_{P\to P_0} f(P) 不同,则 lim⁡P→P0f(P)\lim_{P\to P_0} f(P) 不存在。
      • 一元极限的方法在此时仍然适用,只需要是对一个整体应用这些方法。
  • 连续性
    • 定义
      • 设 f(P)f(P) 在 P0P_0 的某去心邻域内有定义,若 lim⁡P→P0f(P)=f(P0) \lim_{P\to P_0} f(P)=f(P_0) 则 f(P)f(P) 在 P0P_0 处连续。
    • 性质
      • 与一元函数连续性类似,有以下性质:
        • 有界性:如果函数 f(P)f(P) 在有界闭区域 DD 上连续,则 f(P)f(P) 在区域 DD 上有界,即存在正数 MM,使对 ∀P∈D\forall P\in D,都有 ∣f(P)∣≤M |f(P)|\le M
        • 最值定理:如果函数 f(P)f(P) 在有界闭区域 DD 上连续,则 f(P)f(P) 在区域 DD 上必定取得最大值和最小值,即存在 P1,P2∈DP_1,P_2\in D,使得对 ∀P∈D\forall P\in D,都有 f(P1)≤f(P)≤f(P2) f(P_1)\le f(P)\le f(P_2)
        • 介值定理:如果函数 f(P)f(P) 在有界闭区域 DD 上连续,m=min⁡P∈Df(P),M=max⁡P∈Df(P)m=\min\limits_{P\in D} f(P),M=\max\limits_{P\in D} f(P),则 ∀μ∈[m,M]\forall \mu\in [m,M],都 ∃P0∈D\exists P_0\in D,使得 f(P0)=μ f(P_0)=\mu