72. Производная по направлению

Рассмотрим функцию u(x, y, z) в точке М( x, y, z) и точке М1( x + Dx, y + Dy, z + Dz).

Проведем через точки М и М1 вектор . Углы наклона этого вектора к направлению координатных осей х, у, z обозначим соответственно a, b, g. Косинусы этих углов называются Направляющими косинусами Вектора .

Расстояние между точками М и М1 на векторе обозначим DS.

Высказанные выше предположения, проиллюстрируем на рисунке:

Далее предположим, что функция u(x, y, z) непрерывна и имеет непрерывные частные производные по переменным х, у и z. Тогда правомерно записать следующее выражение:

Где величины e1, e2, e3 – бесконечно малые при .

Из геометрических соображений очевидно:

Таким образом, приведенные выше равенства могут быть представлены следующим образом:

;

Заметим, что величина s является скалярной. Она лишь определяет направление вектора .

Из этого уравнения следует следующее определение:

Определение: Предел называется Производной функции U(X, Y, Z) по направлению вектора В точке с координатами ( x, y, z).

Поясним значение изложенных выше равенств на примере.

Пример. Вычислить производную функции z = x2 + y2x в точке А(1, 2) по направлению вектора . В (3, 0).

Решение. Прежде всего необходимо определить координаты вектора .

=(3-1; 0-2) = (2; -2) = 2.

Далее определяем модуль этого вектора:

Находим частные производные функции z в общем виде:

Значения этих величин в точке А :

Для нахождения направляющих косинусов вектора производим следующие преобразования:

За величину принимается произвольный вектор, направленный вдоль заданного вектора, т. е. определяющего направление дифференцирования.

Отсюда получаем значения направляющих косинусов вектора :

Cosa = ; cosb = -

Окончательно получаем: - значение производной заданной функции по направлению вектора .

< Предыдущая		Следующая >