多元分析
混合偏导数
对一个变量求导后,你可以再对另一个不同的变量求导。混合偏导数就是这种跨两个不同变量的两步过程的结果——例如,先扰动 x,看“关于 y 的斜率”如何变化。它探测的是:当你沿一个方向移动时,函数在另一方向上的斜率如何改变。
严格地说,对 f(x, y),两个二阶混合偏导数是 d^2 f / (dy dx),意为先对 x、再对 y 求导,以及 d^2 f / (dx dy),意为先对 y、再对 x 求导。(不同书对顺序的记号约定不一,需仔细阅读。)对更多变量的函数,每一对有序的不同变量都对应一个混合偏导数。
自然的问题——求导顺序是否重要?——有一个令人安心但有条件的答案。一般而言,当函数行为恶劣时两种顺序可给出不同结果,但在温和的连续性假设下它们总相等。这个相等,即克莱罗定理,正是我们能把二阶导数毫不含糊地写成对称的海森矩阵的原因。
f(x, y) = x^3 y^2。则 df/dx = 3x^2 y^2,再对 y 求导得 6x^2 y。又 df/dy = 2x^3 y,再对 x 求导得 6x^2 y。两种顺序一致,正如克莱罗定理对这个光滑多项式所保证。
对光滑函数,两种顺序重合。
混合偏导数相等并非自动成立。标准反例 f(x, y) = xy(x^2 - y^2)/(x^2 + y^2)(且 f(0,0) = 0)在原点处两个二阶混合偏导都存在,却互不相等——因为它们在 (0,0) 处不连续。连续性正是克莱罗定理所需。
另见