知识点

多元函数

定义

设 DD 是 R2\mathbb R^2 中的一个点集。若对 DD 中每一点 P(x,y)P(x,y),按某个对应规则 ff 都有唯一的实数 zz 与之对应,则称 zz 是自变量 x,yx,y 的二元函数,记作

z=f(x,y),(x,y)∈D.z=f(x,y),\qquad (x,y)\in D.

其中 x,yx,y 是自变量,zz 是因变量,DD 是定义域,因变量的取值集合

f(D)={f(x,y):(x,y)∈D}f(D)=\{f(x,y):(x,y)\in D\}

是值域。自变量有 nn 个时,u=f(x1,x2,…,xn)u=f(x_1,x_2,\dots,x_n) 称为 nn 元函数。

若函数没有特别指明定义域,则定义域取使算式有意义的自变量全体,称为自然定义域。求自然定义域就是解一组不等式:分母不为零、偶次根号下非负、对数的真数为正,等等。

图形

二元函数 z=f(x,y)z=f(x,y) 的图形是空间点集

{(x,y,z):(x,y)∈D, z=f(x,y)},\{(x,y,z):(x,y)\in D,\ z=f(x,y)\},

通常是一张曲面。

例子

自然定义域与图形:z=1−x2−y2z=\sqrt{1-x^2-y^2}

根号内非负,所以

1−x2−y2≥0  ⟺  x2+y2≤1.1-x^2-y^2\ge 0 \iff x^2+y^2\le 1.

自然定义域是单位闭圆盘。对应的图形是上半球面:z≥0z\ge 0,在 x2+y2=1x^2+y^2=1 处与 z=0z=0 平面相接。

探索

哪些平面点属于函数的定义域?

改变输入,检查平方根下的表达式。

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题集

练习

  1. f(x,y)=1−x2−y2+ln⁡(y−x)f(x,y)=\sqrt{1-x^2-y^2}+\ln(y-x) 的自然定义域是:

    选择答案
    参考解答

    根号要求 x2+y2≤1x^2+y^2\le 1,对数要求 y−x>0y-x>0,两个条件同时成立。