多元微分學
多元可微性(differentiability in several variables)
一元情形裡,「可微」不過是說圖像有切線。多元情形下誠實的含義是:圖像有一張切平面(或切平直空間),它緊貼曲面,以至於二者之間的縫隙比你離開該點的速度更快地消失。這是對良好局部行為的真正承諾,遠強於「恰好存在幾個偏導」這一記賬事實。
確切地說,f 在點 a 處可微,是指存在一個線性映射 L(它必然就是全導數),使得當 h -> 0 時 f(a + h) - f(a) - L(h) 為 o(|h|)——把殘餘誤差除以步長 |h|,無論 h 朝哪個方向都趨於零。兩個事實使這成為正確的定義。其一,可微蘊含連續,並蘊含所有方向導數線性地表現(沿方向 u 的方向導數就是梯度與 u 的點積)。其二,它嚴格強於擁有偏導:函數可以在某點兩個偏導都存在,卻在那裡不可微,因為逼近只沿座標軸良好,而在斜方向上失敗。
你真正會用到的主力充分條件是:若所有偏導在該點的某鄰域內都存在且連續(這樣的函數稱為連續可微,或 C^1),則 f 在那裡可微。由於幾乎每個由多項式、指數、正弦、對數搭出的公式在其定義之處都是 C^1,可微通常自動成立——你只在拼接點、尖角、或分母為零之處才需要停下來思考。
設 f(x, y) = xy / (x^2 + y^2) 且 f(0, 0) = 0。原點處兩個偏導都為 0,於是粗心的學生宣稱它可微。但 f 在 (0, 0) 處甚至不連續,因此不可能可微——這證明僅有偏導是不夠的。
偏導可以都存在且為零,而函數卻不連續——可微性排除了這種情況。
偏導連續是可微的充分而非必要條件。函數可以在偏導不連續的點處仍可微(一個標準但少見的例子),所以 C^1 只是方便的捷徑,並非定義本身。
又稱
另見