多元分析
混合偏導數
對一個變數求導後,你可以再對另一個不同的變數求導。混合偏導數就是這種跨兩個不同變數的兩步過程的結果——例如,先擾動 x,看「關於 y 的斜率」如何變化。它探測的是:當你沿一個方向移動時,函數在另一方向上的斜率如何改變。
嚴格地說,對 f(x, y),兩個二階混合偏導數是 d^2 f / (dy dx),意為先對 x、再對 y 求導,以及 d^2 f / (dx dy),意為先對 y、再對 x 求導。(不同書對順序的記號約定不一,需仔細閱讀。)對更多變數的函數,每一對有序的不同變數都對應一個混合偏導數。
自然的問題——求導順序是否重要?——有一個令人安心但有條件的答案。一般而言,當函數行為惡劣時兩種順序可給出不同結果,但在溫和的連續性假設下它們總相等。這個相等,即克萊羅定理,正是我們能把二階導數毫不含糊地寫成對稱的海森矩陣的原因。
f(x, y) = x^3 y^2。則 df/dx = 3x^2 y^2,再對 y 求導得 6x^2 y。又 df/dy = 2x^3 y,再對 x 求導得 6x^2 y。兩種順序一致,正如克萊羅定理對這個光滑多項式所保證。
對光滑函數,兩種順序重合。
混合偏導數相等並非自動成立。標準反例 f(x, y) = xy(x^2 - y^2)/(x^2 + y^2)(且 f(0,0) = 0)在原點處兩個二階混合偏導都存在,卻互不相等——因為它們在 (0,0) 處不連續。連續性正是克萊羅定理所需。
另見