多元分析

全導數

在一元情形,導數是一個數——切線的斜率。在多元情形,誠實的類比不是一個數,而是一整個線性映射:函數在某點附近最佳的平直(線性)逼近。一元微積分交給你一個斜率,多元微積分則交給你一個使空間傾斜的線性變換。

嚴格地說,f: R^n -> R^m 在 a 處(全)可微,其全導數為線性映射 Df(a): R^n -> R^m,是指 f(a + h) = f(a) + Df(a) h + r(h),其中餘項滿足當 h -> 0 時 |r(h)| / |h| -> 0。全導數存在時是唯一的,且它在標準基下的矩陣恰是由偏導數構成的雅可比矩陣。

這才是正確的、不依賴座標的導數概念。它抓住了幾何內容——切平面、局部線性化——而單純的偏導數會錯過這些。由它出發,鏈式法則讀作線性映射的複合(矩陣相乘),逆函數定理與隱函數定理等也自然湧出。

對 f(x, y) = x^2 + y^2 在點 (1, 1):Df(1,1)(h, k) = 2h + 2k,即矩陣為 [2, 2] 的線性映射。於是 f(1 + h, 1 + k) = 2 + 2h + 2k + (h^2 + k^2),餘項 h^2 + k^2 比 sqrt(h^2 + k^2) 更快地趨於零。

全導數即增量的線性部分。

又稱
differential全微分全微分