梯度在微积分、向量分析中应用比较广泛。梯度是一个向量,它描述了函数在某一点处的变化率和变化的方向。
我们一起看一下定义描述:
定义 :设函数z=f(x,y)在点(xo,yo)可微分,称向量fx(xo,yo)i+fy(xo,yo)j为函数z=f(x,y)在点(xo,yo)处的梯度,记为 gradf(xo,yo)或▽f(xo,yo)
即grad f(xo,yo)=fx(xo,yo)i+fy(xo,yo)j.
其次,我们再来看一下有关梯度的方向以及模的表示。
第一:函数在某点的梯度是这样一个向量,它的方向与取得最大方向导数的方向一致,而它的模为方向导数的最大值。
其中梯度的模为:
第二:z=f(x,y)在点Po处沿与梯度gradf(xo,yo)垂直方向的方向导数等于零。
第三:z=f(x,y)在点Po沿方向l的方向导数等于梯度在方向l上的投影。
其中梯度也可以推广到三元函数,若三元函数u=f(x,y,z)在点P(xo,yo,zo)处可微,那么就有一下关系:
注意:与二元函数相同,该梯度也是一个向量,其方向与取得最大方向导数的方向一致,其中模为方向导数的最大值。
其次我们还需注意的是,梯度为等高线上的法向量。梯度的方向就是函数f(x,y)在这点增长最快的方向。
学习完知识点,我们来看一个例题,以便大家理解:
该题问的是在某点处的梯度,所以我们需要将各部分偏导数求出,然后代入该点即可。
其次就是在哪个点处梯度为零,实际上是将梯度求出,使得各部分为零即可。
将梯度式表达出来后,将点代入得到具体某点的梯度,随后将梯度式三部分另为零,解出x,y,z就是梯度为零的点。
有关梯度的知识点就讲到这里,大家可以下去做一做下面两道练习题。
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