Если приращение функции получено за счет приращения независимой переменной х при неизменном значении другой независимой переменной у, то приращение функции называется частным приращением функции по переменной и обозначается:
Аналогично вводится понятие частного приращения функции по переменной у: .
Полным называется приращение функции, получаемое за счет приращения обеих независимых переменных х, у и обозначаемое
Частной производной по х от функции называется предел отношения к приращению при стремлении к нулю.
обозначаемый одним из символов: .
Аналогично определяется частная производная по у:
обозначаемый .
Частная производная по х вычисляется в предложении, что у – постоянная; частная производная по у вычисляется в предложении, что х – постоянная. Правила вычисления частных производных совпадают с правилами дифференцирования функции одного переменного.
Пример 10.1. Найти частные производные функции .
Решение. Полагая у постоянной, находим
(производная по х от у5 равна нулю, как производная от постоянной).
При отыскании переменная х рассматривается как величина постоянная, а потому
.
Пример 10.2. Найти частные производные функции . Полагая при определении величину у постоянной, получим, что z – есть степенная функция:
При нахождении , полагая х постоянной, получим, что z является показательной .
Пример 10.3. Показать, что функция удовлетворяет уравнению .
Найдем частные производные ;
Затем первую из них умножим на х, вторую – на у и результаты сложим:
что и требовалось доказать.
Пример 10.4. Вычислить частные производные функции
в точке . .
Полагая , вычисляем значение производных в указанной точке
.
Частные производные функции любого числа переменных определяются аналогично. Так, если , то
и так далее.
Пример 10.5. Для функции частные производные имеют вид:
; .
Частные производные высших порядков.
Если задана функция , то ее частные производные и также являются функциями независимых переменных х и у и от каждой из них можно вычислить производные по х и у.
Частной производной второго порядка функции называется частная производная от частной производной первого порядка.
Каждую из частных производных первого порядка можно продифференцировать по каждой из двух независимых переменных и функция двух переменных имеет четыре частные производные второго порядка. Они обозначаются:
= , f дифференцируется последовательно два раза по х;
= , f дифференцируется по у, а потом результат дифференцируется по х;
= , f дифференцируется сначала по х, а потом результат дифференцируется по у;
, f дифференцируется последовательно два раза по у.
Производные второго порядка можно снова дифференцировать как по х, так и по у. Получим частные производные более высокого порядка.
Частная производная высшего порядка, взятая по различным переменным, называется смешанной частной производной.
.
Если функция и ее частные производные определены и непрерывны в точке М (х, у) и ее окрестности, то
т.е. результат дифференцирования функции нескольких переменных не зависят от порядка дифференцирования.
Пример 10.6. Найти частные производные второго порядка функции
.
Сначала находим частные производные первого порядка
.
Затем искомые частные производные
.
Пример 10.7. . Показать, что .
Найдем: ,
и .
Левая и правая части данного равенства равны
и данное равенство справедливо.
Дифференциал функции двух переменных и его приложение для приближенных вычислений.
Полным дифференциалом функции называется главная часть ее полного приращения линейная относительно приращений (или, что то же, дифференциалов ). Полный дифференциал функции обозначается символом и вычисляется по формуле
При достаточно малых приращениях аргументов полное приращение функции можно с малой относительной погрешностью заменять ее полным дифференциалом, т.е.
, откуда .
Это приближенное равенство тем точнее, чем меньше величины .
Пример 10.8. Вычислить приближенно .
Рассмотрим функцию вида . В точке (1;3) .
Положим и (попадаем в точку и ). Тогда
и в точке (1;3) и