多元分析

多元函數

想像一張天氣圖:地面上每個點(由緯度、經度兩個數確定)都對應一個溫度(一個數)。這種「兩個輸入進、一個輸出出」的對應關係,就是多元函數。更一般地,我們輸入 n 維空間中的一個點,讀出一個數,甚至讀出一整個向量。

嚴格地說,多元函數是從 R^n 的某個子集到 R^m 的映射 f。當 m = 1 時稱為純量值函數(純量場);當 m > 1 時稱為向量值函數(向量場)。我們寫作 f(x_1, ..., x_n),或把 x = (x_1, ..., x_n) 看成單個點而寫 f(x)。定義域是使該法則有意義的輸入集合。

從一元到多元的跨越並非只是形式上的。一個點可以從無窮多個方向逼近,而不僅是從左、從右,因此正確的極限與連續概念必須同時控制所有方向。一元的直覺常常仍然成立,但確實會出現若干全新的現象,這正是這一整個領域存在的理由。

f(x, y) = x^2 + y^2 把 R^2 映到 R;其圖像是拋物面(一只碗),其等值集是圓。g(x, y) = (x - y, x + y) 把 R^2 映到 R^2,對平面做旋轉加放縮。

平面上一個純量值、一個向量值的例子。

一個微妙的多元陷阱:f(x, y) = xy/(x^2 + y^2)(且 f(0,0) = 0)沿過原點的每條直線……其實沿 y = x 它恆等於 1/2,故在 (0,0) 處沒有極限、不連續。只檢驗有限多個方向永遠不夠。

又稱
multivariable function多变量函数多變量函數