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关于「方向导数与梯度向量有什么关系?」

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认识概念

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对于可微函数 f(x,y)f(x,y),沿向量 w=[a,b]\mathbf{w} = [a,b] 方向的方向导数由点积 w⋅∇f\mathbf{w} \cdot \nabla f 给出,其中 ∇f=[∂f/∂x,∂f/∂y]\nabla f = [\partial f/\partial x, \partial f/\partial y]。此公式成立无需对 w\mathbf{w} 进行归一化。

适用条件:函数 f(x,y)f(x,y) 是可微的。;方向向量为 w=[a,b]w=[a,b]。;梯度 ∇f = [∂f/∂x, ∂f/∂y] 存在。

认识概念

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方向导数 f'_l(x0x_0, y0y_0) 定义为当 rho 趋于 0 时,函数值的变化量与沿方向 l 的位移 rho 之比的极限。

适用条件:函数 f 在 (x0x_0, y0y_0) 及其附近点有定义。;方向 l 由角度 alpha 指定。;rho 代表 xy 平面中沿方向 l 的位移。;取 rho -> 0 的极限。

认识概念

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方向导数表示曲面 z=f(x,y)z=f(x,y) 与经过 P0P_0 且平行于方向向量 l 的垂直平面相交所得曲线的切线斜率。

适用条件:函数 z=f(x,y)z=f(x,y) 在三维空间中定义了一个曲面。;在曲面上选择了一个特定点 P0(x0,y0)P_0(x_0, y_0)。;方向向量 l 由 xy 平面中的角度 alpha 定义。;一个垂直平面沿着方向 l 经过 P0P_0。

认识概念

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方向向量 l 由其与正 x 轴所成的角度 alpha 进行参数表示。位移分量在 x 方向为 rho*cos(alpha),在 y 方向为 rho*sin(alpha)。

适用条件:方向在 xy 平面中定义。;alpha 是与正 x 轴的夹角。;rho 是位移的大小。

认识概念

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沿一般向量 w=[a,b]w=[a,b] 的方向导数是偏导数的线性组合,权重为 w 的分量。公式为 a*(∂f/∂x) + b*(∂f/∂y)。

适用条件:函数 f(x,y)f(x,y) 是可微的。;方向向量为 w=[a,b]w=[a,b]。;偏导数 ∂f/xf/x 和 ∂f/∂y 存在。