第10回 全微分の続き


今回する話は、まったく分からなくても、まったく問題なし。何か具体的な関数を偏微分するとき、こんなもの使いやしない。こんな細かいことを気にする必要はないケロ。


全微分の定義
領域D上で定義された関数f(x,y)Dの全ての点で全微分可能であるとき、fは全微分可能であるといい、

f(x,y)の全微分という。

一点(a,b)で全微分可能か、関数が定義されている定義域Dのすべての点で全微分可能か、この違いだケロ。ちなみに、

のことだにゃ。

そして、

のことだにゃ。

で、これは何を言っているかというと、

からすこしだけ離れた点(x,y)でのf(x,y)の値を一次式で近似できるということ。

一変数の場合は、

と接線で近似できるけれど、2変数の場合は、接平面で近似できるというわけだケロ。

 

ということで、天下り的に,接平面の定義(^^


接平面の定義

関数f(x,y)が点(a,b)で全微分可能とする。このとき、

z=f(x,y)(a,b,f(a,b))における接平面という。

 

2次元から急に3次元の話になっているので申し訳ないんですが・・・。

 

で、ちょっと問題をひとつ。

 

問題 で定義される

で全微分可能であることを示すケロ。

【解】

になる。

hkの前のやつが定数になっているんだから、これは文句なく全微分可能だろ。

そして、ここでさり気なくhydxdyにすり替え、

とすれば、

になっているケロ。

 

でも、こんな答をテストの答案に書いたら、大学の先生は怒るかもしれない(^^ゞ


そこで、次の定理を上げることするにゃ。

定理

f(x,y)級ならば、f(x,y)は全微分可能である。

 

級というのは、定義域内の全ての点で(偏)微分可能で、その(偏)導関数が連続な関数のことね。

 

【証明】

証明すべきことは、

とするとき、

になることだにゃ。

そこで、

平均値の定理より


となるが存在する。

よって、

となる。

ここで、

とおくと、の連続性より、

よって、

よって、

 

みたいな証明。

普通の多変数の微分・積分で扱う関数は級や、何度でも(偏)微分できて、その偏導関数が連続な級とかだから、よほど変な関数でもないかぎり、全微分可能なんだケロ。

問題として取り上げた

級だから、この定理から全微分可能になる。

みたいな関数も球だから、全微分可能になる。

だから、細かいところを気にすることなく、おおらかに行こう!!
何か変なことが起きたら、そのとき、細かいところを気にすればいいんだケロ.

 

そして、さり気なく定理をもうひとつ付け加える。


定理

f(x,y)級ならば、f(x,y)は連続関数である。

級ならば、全微分可能。そして、全微分可能ならば、連続。よって、この定理が成立するにゃ。