要证明一个函数在某点可微,通常需要以下几个步骤:
求偏导数
首先,需要求出函数对各个自变量的偏导数。偏导数表示函数在某一点上,当其他变量保持不变时,函数值随某一变量变化的速率。
验证偏导数的存在性
确保偏导数在给定点的邻域内存在,并且在该点连续。这是函数在该点可微的必要条件。
应用可微的定义
根据可微的严格定义,如果存在常数 \( A \) 和 \( \delta > 0 \),使得当 \( \Delta x \to 0 \) 时,有
\[
\Delta y = A \Delta x + o(\Delta x)
\]
其中 \( o(\Delta x) \) 是 \( \Delta x \) 的高阶无穷小,即
\[
\lim_{\Delta x \to 0} \frac{o(\Delta x)}{\Delta x} = 0
\]
那么函数 \( f(x) \) 在点 \( x_0 \) 处可微,并且微分 \( dy \) 为 \( A \Delta x \)。
使用极限验证
通过计算极限
\[
\lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x_0 + \Delta x) - f(x_0)}{\Delta x}
\]
如果这个极限存在并且等于 \( f'(x_0) \),则函数在该点可微。
示例
假设我们有一个二元函数 \( f(x, y) \),并且我们想要证明它在点 \( (x_0, y_0) \) 处可微。
求偏导数
计算 \( f \) 对 \( x \) 和 \( y \) 的偏导数 \( f_x(x, y) \) 和 \( f_y(x, y) \)。
验证偏导数的存在性和连续性
确保 \( f_x(x, y) \) 和 \( f_y(x, y) \) 在点 \( (x_0, y_0) \) 的邻域内存在,并且在该点连续。
应用可微的定义
假设存在常数 \( A \) 和 \( B \),使得
\[
\Delta y = A \Delta x + B \Delta y + o(\Delta y)
\]
其中 \( o(\Delta y) \) 是 \( \Delta y \) 的高阶无穷小。
使用极限验证
计算极限
\[
\lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x_0 + \Delta x, y_0) - f(x_0, y_0)}{\Delta x} = A
\]
如果这个极限存在并且等于 \( f_x(x_0, y_0) \),则函数 \( f(x, y) \) 在点 \( (x_0, y_0) \) 处可微。
通过以上步骤,我们可以证明一个函数在某点是否可微。需要注意的是,可微性通常意味着函数在该点的行为比较光滑,并且可以用线性函数来近似其局部行为。