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第一篇：元函數(shù)連續(xù)可微偏導(dǎo)之間的關(guān)系解讀

一、引言

對于一元函數(shù)而言,函數(shù)y=f(x在點x0處連續(xù)、導(dǎo)數(shù)存在、可微這三個概念的關(guān)系是很清楚的,即可微一定連續(xù),但連續(xù)不一定可微,可微和導(dǎo)數(shù)存在是等價的。對多元函數(shù)而言,由于偏導(dǎo)數(shù)的出現(xiàn),使得他們之間的關(guān)系要復(fù)雜的多。下面以二元函數(shù)為例,探討其在點(x0,y0處連續(xù)、偏導(dǎo)數(shù)存在、可微、偏導(dǎo)數(shù)連續(xù)之間的關(guān)系。二、二元函數(shù)連續(xù)、偏導(dǎo)數(shù)存在、可微、偏導(dǎo)數(shù)連續(xù)之間的關(guān)系 1.可微與連續(xù)的關(guān)系

若函數(shù)f(x,y在點(x0,y0處可微,則在該點連續(xù),但反之不成立(同一元函數(shù)。證明:因為f(x,y在點(x0,y0處可微,因此有0≤f(x0+△x,y0+△y-f(x0,y0≤A△x+B△y+O(O→(△x→0,△y→0，所以lim(△x,△y→(0,0

f(x0+△x,y0+△y=f(x0,y0,故f(x,y在 點(x0,y0處連續(xù)。反之不成立。例1.f(x,y= x2y x2+y2 ,x2+y2≠0 0,x2+y2= $

在點(0,0處連續(xù), 但在該點不可微。2.偏導(dǎo)數(shù)存在與可微的關(guān)系

由定理17.1[1](可微的必要條件,函數(shù)f(x,y在點(x0,y0處可微,則f(x,y在點(x0,y0的偏導(dǎo)數(shù)一定存在;但反之不成立,如例1中函數(shù)f(x,y在點(0,0處偏導(dǎo)數(shù)存在,但在此點不可微。

3.偏導(dǎo)數(shù)連續(xù)與可微的關(guān)系

由定理17.2[2](可微的充分條件知,函數(shù)f(x,y在點(x0,y0處偏導(dǎo)數(shù)連續(xù),則f(x,y在點(x0,y0處可微;但反之不成立, 例2.f(x,y=(x2+y2sin1 x2+y2 ,x2+y2≠0 0,x2+y2= % ’ ’ ’ & ’ ’

’(0 在點(0,0處

可微,但偏導(dǎo)數(shù)在點(0,0不連續(xù)。4.連續(xù)與偏導(dǎo)數(shù)存在之間的關(guān)系

二元函數(shù)連續(xù)與偏導(dǎo)數(shù)存在之間沒有必然的聯(lián)系。例3f(x,y=x2+y2(圓錐在點(0,0連續(xù)但在該點不存在偏導(dǎo)數(shù)。更值得注意的是,即使函數(shù)在某點存在對所有自變量的偏導(dǎo)數(shù),也不能保證函數(shù)在該點連續(xù)。

例4.f(x,y xy x2+y2 ,x2+y2≠0 0,x2+y2= $ 在點(0,0不連續(xù),但 f y(0,0=lim △y→∞ 0-0

△y =0,f y(0,0=lim △y→∞ 0-0 △y =0。這是因為偏導(dǎo)數(shù)只是刻畫了函數(shù)沿x軸或y軸方向的變化特征,所以這個例子只能說明f(x,y在原點分別對x和對y連續(xù),但由此并不能保證f(x,y作為二元函數(shù)在原點連續(xù)。

5.連續(xù)與偏導(dǎo)數(shù)連續(xù)之間的關(guān)系。

由例4可知二元函數(shù)在某點連續(xù)時,偏導(dǎo)數(shù)不一定存在,當(dāng)然更談不上偏導(dǎo)數(shù)連續(xù)了;反之若偏導(dǎo)數(shù)連續(xù)一定可微,從而可推出函數(shù)在該點一定連續(xù)。

三、可微性判別步驟

1.如果f在點(x0,y0處不連續(xù)或偏導(dǎo)數(shù)不存在,則f在點(x0,y0處不可微。2.如果f在點(x0,y0處連續(xù),存在f x(x0,y0、fy(x0,y0,則f在點(x0,y0處可微的充分必要條件是滿足下列等價的任一式:(1△z=f(x0+△x,y0+△y-f(x0,y0 =f x(x0,y0△x+f y(x0,y0△y+o((△x2+(△y2(2△z=f(x0+△x,y0+△y-f(x0,y0 =f x(x0,y0△x+f y(x0,y0△y+ε((△x2+(△y2 其中ε→0(當(dāng)△x→0△y→0時

(3△z=f(x0+△x,y0+△y-f(x0,y0 =f x(x0,y0△x+f y(x0,y0△y+ε1△x+ε2△y 其中ε1→0,ε2→0(當(dāng)△x→0,△y→0時

四、結(jié)束語

從以上討論可以看出,二元函數(shù)連續(xù)、可微、偏導(dǎo)數(shù)之間的關(guān)系比一元函數(shù)連續(xù)、導(dǎo)數(shù)存在、可微之間的關(guān)系要復(fù)雜得多,究其原因主要在于二元函數(shù)極限比一元函數(shù)極限對自變量的要求更高、更為復(fù)雜。如對lim x→x f(x只要求

二元函數(shù)連續(xù)可微偏導(dǎo)之間的關(guān)系 □李聚玲河北保定華北電力大學(xué)數(shù)理系

[摘要]本文給出了二元函數(shù)在某點處連續(xù)、偏導(dǎo)數(shù)存在、可微、偏導(dǎo)數(shù)連續(xù)之間的關(guān)系, 并進一步給出了可微的判別步驟。[關(guān)鍵詞]二元函數(shù)連續(xù)可微偏導(dǎo)數(shù) 下轉(zhuǎn)2頁 名教講壇 3 一種學(xué)習(xí)對另一種學(xué)習(xí)的影響不總是積極的,有時侯兩種知識之間會產(chǎn)生干擾,學(xué)生不能很好的辨別二者的本質(zhì)區(qū)別,使得原有知識的學(xué)習(xí)阻礙了對新知識的正確

理解,形成負(fù)遷移。教師在教學(xué)是可以適時抓住學(xué)生的錯例,通過對比,制造認(rèn)知沖突,再加以巧妙點撥,讓學(xué)生在明了二者區(qū)別的同時把握住函數(shù)的本質(zhì)屬性。

案例:反函數(shù)是函數(shù)知識領(lǐng)域的一個難點,許多同學(xué)在理解反函數(shù)概念時容易產(chǎn)生困惑。老師可以這樣舉例:請大家分別作出f(x=2x+3和它的反函數(shù)的圖象。那么大

多數(shù)學(xué)生會把它等價于作y=2x+3和x=y-3 2 的圖象,而且

他們會認(rèn)為這兩個式子并沒有本質(zhì)的區(qū)別,因為他們把函數(shù)的反解與方程中的解未知數(shù)等同起來了,認(rèn)為橫坐標(biāo)上的值就代表x的值,而縱坐標(biāo)的值就代表y值,于是作出的圖象是相同的。那么教師就要抓住函數(shù)與方程的本質(zhì)區(qū)別,讓學(xué)生知道我們這里考慮的對象是函數(shù),它反映的是自變量與函數(shù)值的對應(yīng)關(guān)系,在作反函數(shù)x=f-1(y的圖象時應(yīng)該按照自變量的值作橫坐標(biāo)、函數(shù)的值作縱坐標(biāo), 而與字母無關(guān),因此在x=y-3 2 中的自變量是y而不是x, 那么它所反映的函數(shù)關(guān)系也就不一樣了,這樣畫出的圖象與原函數(shù)y=f(x的圖象是關(guān)于直線y=x對稱的。學(xué)生這時恍然大悟,困惑解開了,對函數(shù)概念也理解的更加透徹了。

學(xué)生出現(xiàn)問題的關(guān)鍵就在于把函數(shù)的反解與方程中的解未知數(shù)等同起來了,這是由于學(xué)習(xí)方程之后產(chǎn)生思維定勢,直接遷移到函數(shù)的學(xué)習(xí)中來。教師善于把握住學(xué)生的認(rèn)識心理和理解問題的薄弱環(huán)節(jié),通過讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題的矛盾揭示出方

程與函數(shù)的本質(zhì)區(qū)別,增強了知識的穩(wěn)定性和清晰性,實現(xiàn)了新知識的重組與優(yōu)化,有效的抑制了負(fù)遷移的發(fā)生。

三、巧妙設(shè)計變式訓(xùn)練,促進靈活遷移

所謂“變式”,是指在教學(xué)中變化引用的材料內(nèi)容和形式,從不同角度、用不同方法進行教學(xué),使思維的“觸須”伸向不同方位和不向領(lǐng)域。因此,通過變式訓(xùn)練可以實現(xiàn)知識的有效遷移。教師要充分運用“變式”教學(xué),通過“一題多變”、“一圖多問”、“多題重組”等形式從多個方面構(gòu)造問

題,使學(xué)生養(yǎng)成多角度、多方位處理問題的習(xí)慣。教師提出的問題越多,學(xué)生思維越發(fā)散,理解越深刻,并通過對所提問題的解答而達到靈活遷移的目的。例如,函數(shù)與方程、不等式的結(jié)合向來是中考或高考的熱點,教師可以通過設(shè)計變式訓(xùn)練把三者結(jié)合的恰到好處: 原問題:要使關(guān)于x的方程kx2+(2k+1x+(k-1=0有實根,求k的取值范圍? 變式一:已知二次函數(shù)y=kx2+(2k+1x+(k-1的圖象與x 軸有兩個交點分別為(-1 3 ,0、(-2,0,求實數(shù)k的值? 變式二:已知二次不等式kx2+(2k+1x+(k-1>0對任意實數(shù)x都成立,求實數(shù)k的取值范圍? 變式三:已知關(guān)于x的方程kx2+(2k+1x+(k-1=0的兩實根介于-2和4之間,求實數(shù)k的取值范圍? 由原問題引出的三個問題圍繞同一個二次多項式,從函數(shù)、方程、不等式之間的內(nèi)在聯(lián)系出發(fā),構(gòu)造出不同的變式。問題一表面上是一個函數(shù)問題,實際上通過函

數(shù)值為0轉(zhuǎn)化成了方程的問題;問題二表面上是一個不等式問題,實際上利用了二次函數(shù)的圖象找到了數(shù)量關(guān)系;問題三則把函數(shù)、方程、不等式都包含了進來,達到了三者相互依賴的完美結(jié)合。教師通過設(shè)計這樣的變式訓(xùn)練,由三個問題表面的相似度延伸出不同的知識內(nèi)涵,學(xué)生通過一一對比,對三者的有機融合和遷移滲透有了深刻的認(rèn)識。

知識與技能的遷移并不是簡單地將已有的知識、經(jīng)驗“移位”或機械地模仿,而是需要在面臨新的問題情境時能發(fā)現(xiàn)新舊知識之間的必然聯(lián)系和本質(zhì)區(qū)別。變式訓(xùn)練不僅可以幫助學(xué)生縮小函數(shù)與其它知識之間的距離,而且其靈活的變化形式很好的揭示了問題的本質(zhì),正所謂“以不變應(yīng)萬變”。學(xué)生在感受教師示范遷移應(yīng)用的具體實例中,逐漸形成自己運用遷移的調(diào)控技能,從而促進了靈活遷移。[參考文獻] [1]朱水根等:《中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)導(dǎo)論》,教育科學(xué)出版社, 2001年6月;[2]曾國光:《中學(xué)生函數(shù)概念認(rèn)知發(fā)展研究》,《數(shù)學(xué)教育學(xué)報》,2002年5月(11 [3]王尚志:《高中數(shù)學(xué)課程中的函數(shù)》,《中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)參考》,2007(10 在x從x 0的左、右兩側(cè)趨向于x 時,f(x趨于同一值。而對 lim(x,yx→(x 0,y f(x,y要求點(x,y以任何方式趨向于時(x ,y , f(x,y都趨向于同一極限,任何方式包含了x與y的不同關(guān)系以及趨向時的不同途徑,從而導(dǎo)致二元函數(shù)產(chǎn)生了二重極限與累次極限的區(qū)別,正是由于二元函數(shù)極限的這種復(fù)雜性導(dǎo)致了二元函數(shù)諸多關(guān)系得復(fù)雜性。[參考文獻] [1]華東師范大學(xué)數(shù)學(xué)系。數(shù)學(xué)分析[M]。高等教育出版社, 2001 [2]B.吉米多維奇。數(shù)學(xué)分析習(xí)題集[M]。人民教育出版社, 1958 上接3頁 名教講壇2