- •Вопрос1
- •Вопрос 2
- •Вопрос 3
- •Вопрос 4
- •Несобственные интегралы I рода
- •Геометрический смысл несобственного интеграла I рода
- •Примеры
- •Несобственные интегралы II рода
- •Вопрос 5
- •Вопрос 6
- •Связь с градиентом
- •Вопрос 7
- •Тейлора формула
- •Необходимые и достаточные условия экстремума функции нескольких (двух) переменных
- •Вопрос 8
- •Описание метода
- •Вопрос 9
- •Вопрос 10 Криволинейный интеграл
- •Вопрос 11
- •Вопрос 12
- •Вопрос 13
- •Поверхностный интеграл первого рода Определение
- •Параметрическая форма
- •Свойства
- •Поверхностный интеграл второго рода Определение
- •Связь между поверхностными интегралами второго и первого рода
- •Свойства
- •Вопрос 14
- •Вопрос 15
- •Вопрос 16 Примеры физических задач, приводящих к уравнениям с разделяющимися переменными Охлаждение тела
- •Вопрос 17
- •Вопрос 18
- •Вопрос 19
- •Вопрос 20
- •Уравнения с правой частью специального вида
Связь с градиентом
Производную по направлению дифференцируемой по совокупности переменных функции можно рассматривать как проекцию градиента функции на это направление, или иначе, как скалярное произведение градиента на орт направления:
,
где — орт направления. Отсюда следует, что максимальное значение в точке производная по направлению принимает, если направление совпадает с направлением градиента функции в данной точке. Также видно, что значение производной по направлению не зависит от длины вектора .
Касательная плоскость и нормаль к поверхности
Определение 1. Касательной плоскостью к поверхности в данной точке P (x0, y0, z0) называется плоскость, проходящая через точку Р и содержащая в себе все касательные, построенные в точке Р ко всевозможным кривым на этой поверхности, проходящим через точку Р.
Пусть поверхность s задана уравнением F (х, у, z) = 0 и точка P (x0, y0, z0) принадлежит этой поверхности. Выберем на поверхности какую-либо кривую L, проходящую через точку Р.
Пусть х = х(t), у = у(t), z = z(t) – параметрические уравнения линии L.
Предположим, что: 1) функция F(х, у, z) дифференцируема в точке Р и не все её частные производные в этой точке равны нулю; 2) функции х(t), у(t), z(t) также дифференцируемы.
Поскольку кривая принадлежит поверхности s , то координаты любой точки этой кривой, будучи подставленными в уравнение поверхности, обратят его в тождество. Таким образом, справедливо тождественное равенство: F [x(t), у(t), z (t)] = 0.
Продифференцировав это тождество по переменной t, используя цепное правило, получим новое тождественное равенство, справедливое во всех точках кривой, в том числе и в точке P (x0, y0, z0):
.
Пусть точке Р соответствует значение параметра t0, то есть x0 = x (t0), y0 = y (t0), z0 = z (t0). Тогда последнее соотношение, вычисленное в точке Р, примет вид
. (17)
Формула (17) представляет собой скалярное произведение двух векторов. Первый из них – постоянный вектор
,
не зависящий от выбора кривой на поверхности .
Второй вектор – касательный в точке Р к линии L, а значит, зависящий от выбора линии на поверхности, то есть является переменным вектором.
П ри введённых обозначениях равенство (17) перепишем как . Его смысл таков: скалярное произведение равно нулю, следовательно, векторы и перпендикулярны. Выбирая всевозможные кривые (см. рис. 54), проходящие через точку Р на поверхности s , мы будем иметь различные касательные векторы, построенные в точке Р к этим линиям; вектор же от этого выбора не зависит и будет перпендикулярен любому из них, то есть все касательные векторы
расположены в одной плоскости, которая, по определению, является касательной к поверхности s , а точка Р в этом случае называется точкой касания. Вектор является направляющим вектором нормали к поверхности.
Определение 2. Нормалью к поверхности s в точке Р называется прямая, проходящая через точку Р и перпендикулярная к касательной плоскости, построенной в этой точке.
Мы доказали существование касательной плоскости, а, следовательно, и нормали к поверхности. Запишем их уравнения:
; (18)
(18) – уравнение касательной плоскости, построенной в точке P (x0, y0, z0) к поверхности s , заданной уравнением F(х, у, z) = 0;
; (19)
– уравнение нормали, построенной в точке Р к поверхности s .