2. Предел и непрерывность функции двух переменных

Для функции двух (и большего числа) переменных вводится понятие предела функции и непрерывность, аналогично случаю функции одной переменной.

Введем понятие окрестности точки.

Пусть функция определена в некоторой окрестности точки , кроме, может быть, самой этой точки.

Определение 1.6. Число называется пределом функции при и (или, что то же самое, при  ), если для любого существует такое, что для всех и и, удовлетворяющих неравенству , выполняется неравенство . Записывают:

(1.1)

или

.

Из определения следует, что если предел существует, то он не зависит от пути, по которому стремится к (число таких направлений бесконечно). Определения бесконечно малых и бесконечно больших величин являющихся функциями двух переменных, аналогичны соответствующим определениям для функций одной переменной.

Геометрический смысл предела функции двух переменных состоит в следующем. Каково бы ни было число , найдется -окрестность точки , что во всех точках , отличных от , аппликаты соответствующих точек поверхности отличаются от числа по модулю меньше, чем на .

Пример 1.2. Найти предел .

Решение. Будем приближаться к по прямой , где  некоторое число. Тогда

.

Функция в точке предела не имеет, т.к. при разных значениях предел функции не одинаковый (функция имеет различные предельные значения).



Предел функции двух переменных обладает свойствами, аналогичными свойствам предела функции одной переменной.

Определение 1.7. Функция (или ) называется непрерывной в точке , если она:

1. определена в этой точке и некоторой ее окрестности;

2. имеет предел ;

3. этот предел равен значению функции в точке , т.е.

или .

Функция, непрерывная в каждой точке некоторой области, называется непрерывной в этой области. Точки, в которых непрерывность нарушается (не выполняется хотя бы одно из условий непрерывности функции в точке), называются точками разрыва этой функции. Точки разрыва могут образовывать целые линии разрыва. Так, например, функция имеет линю разрыва .

Можно дать другое, равносильное приведенному выше, определение непрерывности функции в точке. Обозначим , . Значит, и . Величины и называются приращениями аргументов и . Тогда . Величина называется полным приращением функции в точке .

Определение 1.8. Функция называется непрерывной в точке , если полное приращение функции в этой точке стремится к нулю, когда приращения ее аргументов и стремятся к нулю, т.е.

.

Пользуясь определением непрерывности и теоремами о пределах, можно доказать, что арифметические операции над непрерывными функциями и построение сложной функции из непрерывных функций приводит к непрерывным функциям – подобные теоремы имели для функций одной переменной.

2. Дифференцирование фнп

2.1. Частные производные фнп

Рассмотрим линию пересечения поверхности с плоскостью , параллельной плоскости . Так как в этой плоскости сохраняет постоянное значение, то вдоль кривой будет меняться только в зависимости от изменения . Дадим независимой переменной приращение , тогда получит приращение, которое называется частным приращением по и обозначают через (на рисунке отрезок ), так что

.

Аналогично, если сохраняет постоянное значение, а получает приращение

параллельной плоскости .

Наконец, придав аргументу приращение , а аргументу приращение , получим для новое приращение , которое называется полным приращением функции и определяется формулой

.

На рисунке изображено отрезком .

Надо отметить, что, вообще говоря, полное приращение не равно сумме частных приращений, т.е. .

Определение 2.1. Частной производной по от функции называется предел отношения частного приращения по к приращению при стремлении к нулю. Обозначается: . Тогда

. (2.1)

Определение 2.2. Частной производной по от функции называется предел отношения частного приращения по к приращению при стремлении к нулю. Обозначается: . Тогда

. (2.2)

Таким образом, частная производная функции нескольких (двух, трех и больше) переменных определяется как производная функции одной из этих переменных при условии постоянства значений остальных независимых переменных. Поэтому частные производные функции находят по формулам и правилам вычисления производных функции одной переменной (при этом соответственно или считаются постоянной величиной).

Геометрический смысл частных производных: частная производная численно равна тангенсу угла наклона  касательной к сечению поверхности плоскостью ;

частная производная численно равна тангенсу угла наклона  касательной к сечению поверхности плоскостью .

Пример 2.1. Для данной функции требуется найти частные производные и . Найти значения частных производных в точке :

.

Решение. Находим частные производные в общем виде:

, .

Находим значения частных производных в точке :

, .



Пример 2.2. Найти частные производные , , , для следующей функции:

.

Решение.

.

