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为什么 f(x,y)f(x,y)=xy/(x²+y²) 在原点处的多元极限不存在?

该极限不存在,因为函数沿不同路径趋近原点时会趋向不同的值。epsilon-delta 定义要求对每个附近的定义域点进行统一控制,这意味着所有路径必须产生相同的极限。对于该函数,坐标轴给出的极限为零,而对角线给出的极限为 ±1/21/2。由于两条不同的路径足以反驳极限的存在,因此整体极限不存在。

适用条件

  • 函数为 f(x,y)=xy/(x2+y2)f(x,y)=xy/(x^2+y^2)。
  • 极限在 (x,y)→(0,0)(x,y) \to (0,0) 时评估。
  • 定义域排除原点 (0,0)(0,0)。

理解与推导

  1. 陈述多元极限的要求:足够接近原点的每个定义域点必须给出接近单一值 AA 的输出。
  2. 沿 x 轴(y=0y=0)评估函数:f(x,0)=0f(x,0) = 0,因此极限为 0。
  3. 沿 y 轴(x=0x=0)评估函数:f(0,y)=0f(0,y) = 0,因此极限为 0。
  4. 沿对角线 y=xy=x 评估函数:f(x,x)=x2/(2x2)=1/2f(x,x) = x^2/(2x^2) = 1/2,因此极限为 1/21/2。
  5. 沿对角线 y=−xy=-x 评估函数:f(x,−x)=−x2/(2x2)=−1/2f(x,-x) = -x^2/(2x^2) = -1/2,因此极限为 -1/2。
  6. 比较结果:不同路径上的输出具有不同的极限(0、1/21/2 和 -1/2)。
  7. 得出结论:由于极限在所有路径上不统一,因此多元极限不存在。

例子

脚本指出:“对于 f(x,y)f(x,y)=xy/(x²+y²),坐标轴路径给出零,y=xy=x 给出 1/21/2,y=−xy=-x 给出 −1/21/2。它们都趋近于原点,但其输出具有不同的极限。两条不同的路径足以反驳极限的存在。”

容易误解的地方

  • 认为沿所有直线一致就足以证明极限存在;视频指出,仅沿所有直线一致并不能证明极限存在。
  • 认为几条绘制的路径可以证明极限的存在;脚本澄清说它们“本身不能证明存在”。
  • 混淆一元左右极限与多元路径极限;在二元中,有无数条路径,而不仅仅是两侧。

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答案依据视频资料生成并经过独立核验。若有疑问,请核对原视频或联系原作者。