二元函式在某一點的梯度方向是唯一的,還是有無數個。他是等值線

2021-03-22 01:54:06 字數 3175 閱讀 4935

1樓:袖口草沒

你可以這樣想象乙個z=f(x,y)的三維影象,每乙個(x,y)點都有乙個z與之對映,可以想象得到那將是乙個曲面,然後你想象曲面上乙個特定的點,它就像你在爬山的時候站在半山腰一樣。

如果你平的在那個半山腰左右走,那麼你的高度是不會變的。這裡高度就是z的值。這條你剛剛走的線就是等值線。

既然在求梯度的時候要求導,正如一元函式一樣,你把「很小的曲面」當作「平面」來求導,正如你在一元函式中把「一小段曲線」當化做"直線"一樣。你可以想象如果你筆直朝著山頂走,就可以最快的上公升(如果是平面,而且你的速度一定的話)。這條向上的線的就是梯度向量加上z的增量所組成的向量。

(注意,二元函式的梯度是二維的向量。兩個維度是自變數。)

現在你已經在這個曲面上找到了等值線和梯度了,試想下,你在乙個斜的平面上走,向上公升最快的方向是不是唯一的呢?平著走和向上走兩個方向是不是垂直的呢?所以說,梯度是等值線的法線方向.

這就是梯度幾何意義,如果用向量乘來計算,那將是

→ →

δz = grad z · l

我很奇怪為什麼打出來這個點乘符號這麼小。左邊是z的增加量,就是上公升多少,右邊是乙個向上走的方向,乙個是你現在選擇的前進的方向向量。這裡選擇前進方向為(δx,δy),得到:

δz=z'|x · δx +z'|y ·δy 你可以看到,這就是二元函式偏導的定義.

現在把你前進的速度定為1,也就是l的長度定為1,得到的值就是方向導數.這是因為你選定了方向和速度,那麼左邊就是你上公升的速度,也就是方向導數.

希望我的話對你理解有所幫助.

2樓:混沌的複雜

唯一的。 二元函式z=f(x,y) 在(x0,y0) 點的梯度為(df/dx,df/dy)|(x0,y0)(偏導)

它可以理解為函式變化最快的方向。下面嚴格證明。過(x0,y0)函式的等值線為

f(x,y)=f(x0,y0) ,它確定了y與x之間的乙個隱函式y=h(x). 等值線在(x0,y0)處的切線方向為

(1,dy/dx)|x=x0 對f(x,y)=f(x0,y0) 兩邊對x求全微分得 0=df/dx+df/dy*dy/dx

右端正好就是梯度方向點乘 切線方向,所以。。

請問二元函式在某個點的梯度是一定的嗎,或者說二元函式在一點的梯度只有唯一乙個??

3樓:玉杵搗藥

1、樓主問:二元函式在某個點的梯度是一定的嗎?

答:是的,只要這個函式是確定的,某點的梯度就是一定的!

2、樓主問:二元函式在一點的梯度只有唯一乙個?

答:是的,唯一的。

為什麼梯度的方向是等值面法線方向

4樓:玉潤釁振凱

簡單來說,梯度方向是函式增長最快的方向,很顯然增長最快的方向是過該點的等量面的法線方向,所以,函式在一點的梯度方向是這點的法線方向

5樓:勁無憂

所謂梯度的方向,是函式值增大最快的方向,從一條等值線到下一條等值線,斜著走是不是需要走更遠的路?那就不是最快的方向,只有處處垂直等值線,才會在走同樣的距離的情況下,跨過最多的等值線。

6樓:

真不知道上面那些回答的人有沒有認真看過梯度的定義,估計是複製黏貼來的吧,居然還有人點贊。。。

首先問題應該是錯了,二元函式中,正確表述是梯度是等值線的法向量,梯度不可能和等值面正交,梯度和等值面是平行的(或者就在等值麵內)。

以下是不嚴謹的證明:以二元函式為例,設函式z=f(x, y)。那麼它在點 p上的梯度向量為:

v1=(fx(p), fy(p))。設等值線函式為且過點p,根據隱函式求導法則,可以求出等值線函式在點p處的導數為:-fx(p)/fy(p)。

於是可以設乙個向量v2=(1, -fx(p)/fy(p))  ,然後就會發現v1和v2兩個向量內積為0,兩個向量正交。

在三元函式中,等值線公升維成等值面,梯度依然是法向量,證明方法同上。

7樓:匿名使用者

我認為就是這樣規定的,其它方向的值幾乎各不相同

8樓:匿名使用者

某點的梯度是該點最大的方向導數,此方向與等值面垂直!

為什麼梯度是從等值線數值小的指向數值大的

9樓:匿名使用者

這是乙個人複為約定,保證求制算出的梯度為正值。

這就是從多元微積分的角度來做說明的,因為梯度本質是偏導數,從定義來看,這個約定就更明顯了,求梯度的時候,總是沿著某一變數的函式值增大的方向來求偏導數值的,說得更直白一點,就類似於求遞增函式的斜率的情形。

為什麼等值面上一點梯度是這點關於等值面 垂線方向上的方向導數。

10樓:謎惑中

所謂某點梯度的大小是指那一點的方向導數的最大值;

任意個方向的方向導數可以表示為: df/dl=(df/dn)cosα+(df/dt)sinα;

其中,df/dn為等值面垂線上的方向導數,df/dt為等值面切線上的方向導數(易知由於沿切線f不變,df/dt=0),α為n和l的夾角;

則:df/dl=(df/dn)cosα;所以當α=0時df/dl最大,為df/dn,即函式梯度大小=df/dn。

【高數】【梯度】法線不是對空間曲面而言的麼?為什麼等值線會有法線,這怎麼理解? 40

11樓:水瓶

平面圖線也有法線。比如物理中光的反射折射。如果是平面圖形,法線就是這一點的垂線。

如果你是學文科的應該知道等高線,等高線也是可以作法線。

等值線畫到平面上了,也會有法線。過一點做等值線切線,過這一點做與這個切線垂直的線就是法線。

通俗講,等值線現在只是畫在紙張上的乙個曲線而已。所以是有法線的。

12樓:

我知道樓主**理解錯了。梯度的確是某一類曲線的法線方向,重要的問題是:什麼曲線?

是等值線!就是所有滿足f(x,y)=c的點(x,y)確定的曲線。那在單變數下怎麼理解?

就是f(x)=c確定的x,只不過是一些點而已!樓主把函式曲線本身給當成等值線了。那這種情形下梯度的方向怎麼確定?

回顧梯度的意義:函式值增長最快的自變數改變方向。所以在單變數情況下只能是沿x正方向或負方向,導數為正就沿正方向,導數為負就沿負方向。

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