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二元函数

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设D是二维空间R2的一个非空子集,称映射f:D→R为定义在D上的'''二元函数''',通常记为

z=f(x,y),(x,y)∈D



z=f(P),P∈D,

其中点集D称为该函数的定义域,x、y称为自变量,z称为因变量.

上述定义中,与自变量x、y的一对值(即二元有序实数组)(x,y)相对应的因变量z的值,也称为f在点(x,y)处的函数值,记作f(x,y),即z=f(x,y).函数值f(x,y)的全体所构成的集合称为函数f的值域,记作f(D),即

f(D)={z|z=f(x,y),(x,y)∈D}.<ref>[ ], , --</ref>

==定义==

设D是二维空间R2={(x,y)|x,y∈R}的一个非空子集,称映射f:D→R为定义在D上的二元函数,通常记为

z=f(x,y),(x,y)∈D



z=f(P),P∈D,

其中点集D称为该函数的定义域,x、y称为自变量,z称为因变量.

上述定义中,与自变量x、y的一对值(即二元有序实数组)(x,y)相对应的因变量z的值,也称为f在点(x,y)处的函数值,记作f(x,y),即z=f(x,y).函数值f(x,y)的全体所构成的集合称为函数f的值域,记作f(D),即

f(D)={z|z=f(x,y),(x,y)∈D}.

与一元函数的情形相仿,记号f与f(x,y)的意义是有区别的,但习惯上常用记号“f(x,y),(x,y)∈D”或“z=f(x,y),(x,y)∈D”来表示D上的二元函数f.表示二元函数的记号f也是可以任意选取的.例如也可以记为z=φ(x,y),z=z(x,y)等.

给定平面上一个点集E,对于E来说,平面上任一个点必为下列三种点之一:

(1)E之内点

若对于点M0,存在某个δ>0,使Uδ(M0)⊂E,即存在以M0为心之充分小的开圆整个属于E,则称M0为E之内点.

(2)E之外点

若对于点M0,存在某个δ>0,使Uδ(M0)∩E=Ø,即存在以M0为心之充分小的开圆与E不交,则称M0为E之外点.

(3)E之边界点

若对于点M0,任意的δ>0都使Uδ(M0)中既有E之点,又有非E之点,即对任意δ>0,Uδ(M0)∩E≠Ø且Uδ(M0)⊄E,则称M0为E之边界点.

==聚点==

设点P∈R2,点集E⊂R2,如果对于任意给定的δ>0,点P的去心邻域

内总有E中的点,则称P是E的聚点.

==开集、闭集、边界==

若点集E中之点,都是E之内点,则称E为开集;若点集E包含E之一切边界点,则称E为闭集.

E之一切边界点组成的集合,称为E之边界,记作∂E.

==连通集==

若集合E中任意两点可以由一条完全在E中之折线连接起来,则称E为连通集.

==(开)区域、闭区域==

连通的开集称为区域或开区域.开区域连通它的边界一起所构成的点集称为闭区域.

==有界集、无界集==

对于平面点集E,如果存在某一正数r,使得E⊂U(O,r),其中O是坐标原点,则称E为有界集,否则E为无界集.

==极限==

设二元函数f(P)=f(x,y)的定义域为D,P0(x0,y0)是D的聚点.如果存在常数A,对于任意给定的正数ε,总存在正数δ,使得当P(x,y)∈D∩

时,都有

|f(P)-A|=|f(x,y)-A|<ε

成立,那么就称常数A为函数f(x,y)当(x,y)→(x0,y0)时的极限,记作

或f(x,y)→A((x,y)→(x0,y0)),

也记作

或f(P)→A(P→P0).

为了区别于一元函数的极限,我们把二元函数的极限叫做二重极限.

必须注意,所谓二重极限存在,是指P(x,y)以任何方式趋于P0(x0,y0)时,f(x,y)都无限接近于A.因此,如果P(x,y)以某一特殊方式,例如沿着一条定直线或定曲线趋于P0(x0,y0)时,即使f(x,y)无限接近于某一确定值,我们还不能由此断定函数的极限存在.但是反过来,如果当P(x,y)以不同方式趋于P0(x0,y0)时,f(x,y)趋于不同的值,那么就可以断定这函数的极限不存在.

关于二元函数的极限运算,有与一元函数类似的运算法则.

==连续性==

如果函数f(x,y)在点P0(x0,y0)处极限存在且为f(x0,y0),即有

,则称函数f(x,y)在P0(x0,y0)处连续.

如果函数f(x,y)在区域D内的每一点处都连续,则称函数f(x,y)在D内连续.

一切二元初等函数在其定义区域内是连续的.所谓定义区域是指包含在定义域内的区域或闭区域.

在有界闭区域D上的二元连续函数,必定在D上有界,且能取得它的最大值和最小值.

在有界闭区域D上的二元连续函数必取得介于最大值与最小值之间的任何值.

在有界闭区域D上的二元连续函数必定在D上一致连续.

设D为f(x,y)的定义区域,若对于任意给定的正数ε,总存在正数δ,使得对于D上的任意两点P1、P2,只要当|P1P2|<δ时,都有|f(P1)-f(P2)|<ε,则称f(x,y)在D上一致连续.

令二元函数z=f(x,y)的自变量y保持定值y0,这时z就成为自变量x的一元函数.如果这个一元函数z=f(x,y0)在x0处的微商存在,则称此微商为函数z=f(x,y)在点(x0,y0)处对x的偏微商(或偏导数),记作fx(x0,y0),或记作

zx(x0,y0), .

==全微分==

设函数z=f(x,y)在点(x0,y0)的某邻域内有定义,若自变量x与y各有增量△x与△y,则称

△z=f(x0+△x,y0+△y)-f(x0,y0)

为函数f(x,y)在点(x0,y0)的全增量.

如果存在常数A与B,使得函数在点(x0,y0)的全增量△z可以表示为

△z=A△x+B△y+o(ρ)(ρ→0),

其中ρ=

,则称A△x+B△y为函数z=f(x,y)在点(x0,y0)的全微分,记作

或df(x0,y0),

这时称函数z在点(x0,y0)处可微.

若函数在区域D内任一点处都可微,则称函数在D内是可微的.

若函数f(x,y)在点(x0,y0)处可微,则函数f(x,y)在点(x0,y0)处的两个偏微商都存在,并且

其中A,B是全微分定义中的常数.

若函数z=f(x,y)的两个偏微商在点(x0,y0)处连续,则函数f(x,y)在点(x0,y0)处可微.

==几何意义==

设M0(x0,y0,f(x0,y0))为曲面z=f(x,y)上的一点,过M0作平面y=y0,截此曲面得一曲线,此曲线在平面y=y0上的方程为z=f(x,y0),则导数

,即偏导数fx(x0,y0),就是这曲线在点M0处的切线M0Tx对x轴的斜率.

== 参考来源 ==

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