Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка:

1. Найти частные производные второго порядка:

а) Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru .

Вначале находим частные производные первого порядка, затем искомые частные производные второго порядка.

Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru

Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru

б) Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru .

Последовательно дифференцируя, находим:

Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru

Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru

Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru .

2. Проверить, что Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru для функции:

Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru .

Дифференцируя Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru по Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru , найдем Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru .

Дифференцируя Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru по Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru , найдем Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru . (А)

Дифференцируем в другом порядке, Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru по Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru : Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru

и Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru по Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru : Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru (Б)

Сопоставляя (А) и (Б), заключаем, что для данной функции Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru .

3. Проверить, что функция Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru удовлетворяет дифференциальному уравнению Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru .

Найдем частные производные, содержащиеся в данном уравнении:

Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru

Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru ; Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru

Подставляя их в данное уравнение, получим тождество Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru .

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

10. Касательная плоскость и нормаль к поверхности. Особые точки

1°. Пусть M и M0 – точки данной поверхности. Проведем прямую MM0. Плоскость, которая проходит через точку M0, называется касательной плоскостью к поверхности, если угол между секущей MM0 и этой плоскостью стремится к нулю, когда стремится к нулю расстояние MM0.

Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru

Поверхность в своей произвольной точке имеет либо только одну касательную плоскость, либо не имеет ее вовсе.

Касательная плоскость к поверхности в точке M0 содержит касательные прямые ко всем кривым, проведенным на поверхности через эту точку.

Пусть поверхность задана уравнением Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru . Рассмотрим на ней точку Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru . Будем предполагать, что Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru , Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru и Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru одновременно не равны нулю. На поверхности через точку Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru проведем всевозможные линии L и касательные прямые к этим линиям. Справедлива следующая теорема:

Теорема. Касательные прямые, проведенные к всевозможным линиям поверхности Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru в точке Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru , лежат в одной плоскости, называемой касательной плоскостью. Нормальный вектор касательной плоскости Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru .

Доказательство.

2°. Нормальюк поверхности в точке M0 называется прямая, проходящая через точку касания M0 перпендикулярно касательной плоскости к этой поверхности.

Нормальный вектор Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru касательной плоскости одновременно является и направляющим вектором нормали.

Если поверхность задана уравнением Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru , где Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru – функция, дифференцируемая в точке Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru , касательная плоскость в точке существует и имеет уравнение:

Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru . (1)

Уравнение нормали к поверхности в этой точке:

Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru (2)

Если поверхность задана уравнением Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru и точка Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru лежит на ней, то касательная плоскость к поверхности в точке Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru определяется уравнением:

Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru . (3)

Уравнение нормали к поверхности в этой точке:

Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru . (4)

Равенство нулю в точке касания одной из частных производных, означает, что касательная параллельна той оси, по какой переменной частная обращается в нуль. Например, Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru означает, что касательная плоскость параллельна оси Ох, а нормаль лежит в плоскости Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru .

3°. Точки поверхности Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru , в которых одновременно обращаются в нуль все частные производные первого порядка Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru , Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru , Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru , называют особыми. В таких точках поверхность не имеет ни касательной плоскости, ни нормали.

Особые точки плоской кривой (функция одной переменной). Обозначим значения частных производных в особой точке через: Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru , Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru и Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru . Возможны три случая:

1) Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru - через особую точку проходит 2 касательных, точка называется узлом.

2) Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru - в особой точке нет касательных, точка называется изолированной.

3) Примеры. 1. Найти частные производные второго порядка: - student2.ru - или изолированная точка, или точка возврата, или точка самосоприкосновения. В точках возврата и самосоприкосновения существует одна общая касательная к двум ветвям кривой. Чтобы в третьем, сомнительном случае решить вопрос однозначно, нужно узнать, имеются ли точки кривой в сколь угодно малой окрестности исследуемой точки

Наши рекомендации