Дифференциалы функции многих переменных (задачи). Практикум по математическому анализу. Урок 103

Дифференциалы функции многих переменных (задачи). Практикум по математическому анализу. Урок 103

Дифференциалы функции многих переменных (задачи). Практикум по математическому анализу. Урок 103

Пример 1. Найти полные дифференциалы функций:
1) z=3x^{2}y^{5};
2) u=2x^{yz};
3) \displaystyle p=\arccos \frac{1}{uv}.
Решение.
1) а. Находим частные производные данной функции:

\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x}=6xy^{5};\; \frac{\partial z}{\partial y}=15x^{2}y^{4}.


б. Умножая частные производные на дифференциалы соответствующих аргументов, получим частные дифференциалы функции:

\displaystyle d_{x}z=6xy^{5};\; d_{y}z=15x^{2}y^{4}dy.


в. Искомый полный дифференциал функции найдем как сумму ее частных дифференциалов:

\displaystyle dz=d_{x}z+d_{y}z=6xy^{5}dx+15x^{2}y^{4}dy.

2) Следуя указанному плану, последовательно находим:
а) \displaystyle u'_{x}=2yzx^{yz-1};\; u'_{y}=2zx^{yz}\ln x;\; u'_{z}=2yx^{yz}\ln x;
б) \displaystyle d_{x}u=2yzx^{yz-1}dx;\; d_{y}u=2zx^{yz}\ln x\, dy;\; d_{z}u=2yx^{yz}\ln x\, dz;
в) \displaystyle du=2x^{yz}\left ( \frac{yz}{x}dx+z\ln xdy+y\ln xdz \right ).

3) a) \displaystyle \frac{\partial p}{\partial u}=\frac{\left | uv \right |}{u^{2}v\sqrt{u^{2}v^{2}-1}};\; \frac{\partial p}{\partial v}=\frac{\left | uv \right |}{uv^{2}\sqrt{u^{2}v^{2}-1}};
б) \displaystyle d_{u}p=\frac{\left | v \right |du}{v\left | u \right |\sqrt{u^{2}v^{2}-1}};\; d_{v}p=\frac{\left | u \right |dv}{u\left | v \right |\sqrt{u^{2}v^{2}-1}};
в) \displaystyle dp=\frac{1}{\sqrt{u^{2}v^{2}-1}}\left ( \frac{\left | v \right |du}{v\left | u \right |}+\frac{\left | u \right |dv}{u\left | v \right |} \right ).

Пример 2. Вычислить значение полного дифференциала функции \displaystyle z=\textrm{arcctg}\,\frac{x}{y} при \displaystyle x=1,\: y=3,\: dx=0,01,\: dy=-0,05.
Решение. Находим частные производные, затем частные дифференциалы и полный дифференциал данной функции:

\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x}=-\frac{y}{x^{2}+y^{2}};\: \frac{\partial z}{\partial y}=\frac{x}{x^{2}+y^{2}};\: dz=\frac{xdy-ydx}{x^{2}+y^{2}}.

Подставляя заданные значения независимых переменных x,y,dx,dy, функцией которых является полный дифференциал dz, получим

\displaystyle dz=\frac{1\cdot (-0,05)-3\cdot 0,01}{1+9}=-0,008.

Если требуется вычислить значение функции f(x,y,...,t) в точке \displaystyle M_{1}(x_{1},y_{1},...,t_{1}) и если проще вычислить значения этой функции и ее частных производных в точке \displaystyle M_{0}(x_{0},y_{0},...,t_{0}), то при достаточно малых, по абсолютной величине, значениях разностей \displaystyle x_{1}-x_{0}=dx,\: y_{1}-y_{0}=dy,...,t_{1}-t_{0}=dt можно заменить полное приращение функции ее полным дифференциалом:

\displaystyle f(M_{1})-f(M_{0})\approx f'_{x}(M_{0})dx+f'_{y}(M_{0})dy+...+f'_{t}(M_{0})dt.

и отсюда найти приближенное значение искомой величины по формуле

\displaystyle f(M_{1})\approx f(M_{0}) +f'_{x}(M_{0})dx+f'_{y}(M_{0})dy+...+f'_{t}(M_{0})dt.\; \; \; (a)

Пример 3. Вычислить приближенное значение \displaystyle 1,08^{3,96}.
Решение.
Полагая, что \displaystyle 1,08^{3,96} есть частное значение функции \displaystyle f(x,y)=x^{y} в точке \displaystyle M_{1}(1,08;3,96) и что вспомогательная точка будет \displaystyle M_{0}(1;4), получим

\displaystyle \displaystyle f(M_{0})=1^{4}=1;\: f'_{x}(M_{0})=yx^{y-1} \left.\begin{matrix} \\ \\ \end{matrix}\right| _{x=1,y=4}=4;\; f'_{y}(M_{0})=x^{y}\ln x \left.\begin{matrix} \\ \\ \end{matrix}\right| _{x=1,y=4}=0;


\displaystyle dx=1,08-1=0,08;\; dy=3,96-4=-0,04.

Подставляя в формулу (а), найдем

\displaystyle 1,08^{3,96}\approx f(M_{0})+f'_{x}(M_{0})dx+f'_{y}(M_{0})dy=1+4\cdot 0,08=1,32.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

9 − четыре =