高等数学整理(二)

高等数学整理

多元复合函数求导法则

多元复合函数是用在bp神经网络或者叫做神经网络的bp算法当中。深度学习是基于深度神经网络的。多元复合函数在神经网络算法当中有很大的用处。习惯性当中,把多元复合函数求导法则称为链式法则。

多元函数全增量

全增量为
△z=f(x0+△x,y0+△y)-f(x0,y0)

=f(x0+△x,y0+△y)-f(x0+△x,y0)
+f(x0+△x,y0)-f(x0,y0)

=fy'(x0+△x,ξ1)·△y+fx'(ξ2,y0)·△x
【其中ξ1在y0与y0+△y之间,
ξ2在x0与x0+△x之间】

然后利用一阶偏导数的连续性,
【ξ1→y0,ξ2→x0】

fy'(x0+△x,ξ1)=fy'(x0,y0)+α
fx'(ξ2,y0)=fx'(x0,y0)+β
【其中,α,β是无穷小】

从而,
△z=fy'(x0,y0)△x+fx'(x0,y0)△y
+α△x+β△y

其中,α△x+β△y=o(ρ)

全增量等于两个偏增量的和

  • 一元函数与多元函数复合

若函数u=å(t)及v=ß(t)都在t点可导,函数z=f(u,v)在对应点(u,v)具有连续偏导数,那么复合函数z=f[å(t),ß(t)]在点t可导,且

证明:设t获得增量,此时u=å(t)、v=ß(t)的对应增量为

函数的全增量

->0,->0时,->0,->0

等式两边同时除以

  • 多元函数与多元函数复合

如果函数u=å(x,y),v=ß(x,y)都在点(x,y)具有对x及对y的偏导数,函数z=f(u,v)在对应点(u,v)具有连续偏导数,那么复合函数z=f[å(x,y),ß(x,y)]在点(x,y)的两个偏导数都存在,且有

证明的过程跟一元函数跟多元函数复合一样,只不过求对x的偏导的时候把y看成常数,求对y的偏导的时候把x看成常数。

类似的,设u=å(x,y),v=ß(x,y)及w=(x,y)都在点(x,y)具有对x及对y的偏导数,函数z=f(u,v,w)在对应点(u,v,w)具有连续偏导数,则复合函数z=f[å(x,y),ß(x,y),(x,y)]在点(x,y)的两个偏导数都存在,且可用下列公式计算:

如果函数u=å(x,y)在点(x,y)具有对x及对y的偏导数,函数v=ß(y)在点y可导,函数z=f(u,v)在对应点(u,v)具有连续偏导数,那么复合函数z=f[å(x,y),ß(y)]在点(x,y)的两个偏导数都存在,且有

设z=f(u,x,y)具有连续偏导数,u=å(x,y)具有偏导数,则复合函数z=f[å(x,y),x,y]具有对自变量x及y的偏导数,且有

多元复合函数求导法则示例

  • ,求

令u=x+y,v=xy,则

隐函数求导公式

隐函数:一般地,如果变量x和y满足一个方程g(x,y)=0,在一定条件下,当x取某区间内的任一值时,相应地总有满足这方程的唯一的y值存在,那么就说方程g(x,y)=0在该区间内确定了一个隐函数。

例如

这里y=3√(2-x),所以当x取任意值时,y的值唯一,所以这里确定了一个隐函数。大致图形如下

,这个方程能否确定一个隐函数,它的图形大致如下

由图形可知,在(0,1)范围内随意取一个x值,y的值不唯一,所以这个方程不能确定一个隐函数。

在点(0,1)的某个邻域内存在隐函数吗?

我们上面一题中其实是从一元函数的角度来看待的,而这里其实是从二元函数的角度来看待的,(0,1)这个点就是A点,A点点邻域内,它是可以存在隐函数的,只要这个邻域不过大。

隐函数求导公式:设函数g(x,y)在点P(x0,y0)的某一邻域内具有连续偏导数,且g(x,y)=0,,则方程g(x,y)=0在点(x0,y0)的某一邻域内恒能唯一确定一个连续导数的函数y=f(x),他满足条件y0=f(x0),并有,同时也被称为隐函数存在定理1。

证明:将y=f(x)代入g(x,y)=0得恒等式g(x,f(x))0,左端看作是x的一个复合函数,两端求导得,将其变型后就可得

设函数g(x,y,z)在点的某一邻域内具有连续偏导数,且,则方程g(x,y,z)=0在点的某个邻域内恒能唯一确定一个连续且有连续偏导数的函数z=f(x,y),它满足条件,并有,同时也被称为隐函数存在定理2。

隐函数求导公式示例

验证方程在点(0,1)的某一个邻域内能唯一确定一个有连续导数,当x=0,y=1时的隐函数y=f(x),并求这函数的一阶导数在x=0的值。

,则

根据隐函数存在定理1,可以确定隐函数y=f(x)存在,且一阶导数x=0的值为0

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章