多元分析

多元函数

想象一张天气图:地面上每个点(由纬度、经度两个数确定)都对应一个温度(一个数)。这种“两个输入进、一个输出出”的对应关系,就是多元函数。更一般地,我们输入 n 维空间中的一个点,读出一个数,甚至读出一整个向量。

严格地说,多元函数是从 R^n 的某个子集到 R^m 的映射 f。当 m = 1 时称为标量值函数(标量场);当 m > 1 时称为向量值函数(向量场)。我们写作 f(x_1, ..., x_n),或把 x = (x_1, ..., x_n) 看成单个点而写 f(x)。定义域是使该法则有意义的输入集合。

从一元到多元的跨越并非只是形式上的。一个点可以从无穷多个方向逼近,而不仅是从左、从右,因此正确的极限与连续概念必须同时控制所有方向。一元的直觉常常仍然成立,但确实会出现若干全新的现象,这正是这一整个领域存在的理由。

f(x, y) = x^2 + y^2 把 R^2 映到 R;其图像是抛物面(一只碗),其等值集是圆。g(x, y) = (x - y, x + y) 把 R^2 映到 R^2,对平面做旋转加放缩。

平面上一个标量值、一个向量值的例子。

一个微妙的多元陷阱:f(x, y) = xy/(x^2 + y^2)(且 f(0,0) = 0)沿过原点的每条直线的极限……其实沿 y = x 它恒等于 1/2,故在 (0,0) 处没有极限、不连续。只检验有限多个方向永远不够。

又称
multivariable function多变量函数多變量函數