考研数学中偏导数是必考内容之一,是高等数学的一部分,也是微积分的重要知识点。下面将从偏导数的定义、求导方法和应用方面进行介绍。
一、定义
偏导数是多元函数在某一点上某一变量的导数,其中其他变量都视为常数。具体表示为:对于函数 $z = f(x,y)$,在点 $(x_0,y_0)$ 处,对 $x$ 的偏导数为 $\frac{\partial z}{\partial x}\bigg|_{(x_0,y_0)}$,对 $y$ 的偏导数为 $\frac{\partial z}{\partial y}\bigg|_{(x_0,y_0)}$。
二、求导方法
1.利用定义求解
根据偏导数的定义,计算在某一点上某一变量的导数,其他变量都视为常数。因此,求偏导数时将其他变量视为常数,对某一变量进行求导即可。
2.利用公式求解
通过常见函数对应的偏导数公式,可以简化计算过程。如:
对于 $z=xy$,有 $\frac{\partial z}{\partial x}=y$,$\frac{\partial z}{\partial y}=x$。
对于 $z=\sin(xy)$,有 $\frac{\partial z}{\partial x}=y\cos(xy)$,$\frac{\partial z}{\partial y}=x\cos(xy)$。
3.利用链式法则求解
对于 $z=f(x,y)$,其中 $x=g(t)$,$y=h(t)$,求 $\frac{\partial z}{\partial t}$,可以利用链式法则来求解。具体步骤如下:
(1) 计算 $\frac{\partial z}{\partial x}$ 和 $\frac{\partial z}{\partial y}$。
(2) 计算 $\frac{\partial x}{\partial t}$ 和 $\frac{\partial y}{\partial t}$。
(3) 带入链式法则公式:$\frac{\partial z}{\partial t}=\frac{\partial z}{\partial x}\frac{\partial x}{\partial t} \frac{\partial z}{\partial y}\frac{\partial y}{\partial t}$。
三、应用方面
偏导数在实际应用中有着广泛的应用,如:
1.极值问题
通过求偏导数,并令其等于零,可以求出函数 $z=f(x,y)$ 的驻点。进一步,通过计算二阶偏导数,可以判断该驻点是极小值、极大值还是鞍点。
2.曲面法线方向
偏导数也可以用于求解曲面上某点处的法线方向。具体来说,对于点 $(x_0,y_0,z_0)$,法线方向的 $x,y,z$ 分量分别为 $\frac{\partial z}{\partial x}\bigg|_{(x_0,y_0,z_0)},\frac{\partial z}{\partial y}\bigg|_{(x_0,y_0,z_0)},1$。
3.经济学应用
在经济学中,偏导数可以用于求解收益函数、生产函数等的边际效应,进而确定生产和消费中的最优决策。
偏导数是考研数学中的重要知识点,需要考生认真掌握。在应用时,要根据具体问题选择合适的方法,灵活运用数学知识。