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微积分 / 中文

二元函数极限演示

Charles队长 · 哔哩哔哩 · 1:18

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已审核学习内容 · 视频分析 · 中文
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视频对比一元函数的左右极限与二元函数的多种趋近方式。二元函数极限要求自变量在充分小的去心邻域内任意靠近时,函数值都接近同一个数。对 xy/(x²+y²),坐标轴给出0,而对角线给出±1/21/2,因此原点处极限不存在。

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章节

0:00一元函数极限0:21二元函数极限存在的情况0:45二元函数极限不存在的情况

学习解说文稿

依据视频画面与讲解整理,并非逐字语音转写。

对一元函数,在目标点两侧均可趋近的情形,左右极限都存在且相等,才得到二侧极限。视频先用从左右靠近的点说明这种一致性。

二元函数的自变量是一个平面点,趋近方式远不止左右两个方向。严格定义要求:对任意 ε>0\varepsilon>0,存在 δ>0\delta>0,使定义域中所有满足 0<x2+y2<δ0<\sqrt{x^2+y^2}<\delta 的点都满足 ∣f(x,y)−A∣<ε|f(x,y)-A|<\varepsilon。几条画出的轨迹只是帮助理解,不能单凭它们证明极限存在。

看反例 f(x,y)=xy/(x2+y2)f(x,y)=xy/(x^2+y^2)。沿坐标轴,函数值恒为0;沿 y=xy=x 恒为 1/21/2;沿 y=−xy=-x 恒为 −1/2-1/2。这些路径都趋向原点,却给出不同极限,因此原点处极限不存在。找到两条不同结果的路径就够否定极限;所有直线路径结果相同则未必足以肯定极限。

知识卡片

01

一元左右极限

在两侧均可趋近的定义域情形,左右极限均存在且相等时,二侧极限存在。

lim⁡x→0−f(x)=lim⁡x→0+f(x)=A\lim_{x\to0^-}f(x)=\lim_{x\to0^+}f(x)=A
02

二元极限的邻域定义

控制去心邻域内所有定义域点,而非只检查几条曲线或所有直线。

∀ε>0, ∃δ>0:0<∥(x,y)∥<δ⇒∣f(x,y)−A∣<ε\forall\varepsilon>0,\ \exists\delta>0:\quad 0<\|(x,y)\|<\delta\Rightarrow|f(x,y)-A|<\varepsilon
03

两条路径即可否定

找到两种趋近方式,其函数值极限不同,就能排除共同极限。证明存在则需要统一控制所有趋近点。

f(x,0)=0,f(x,x)=12(x≠0)f(x,0)=0,\quad f(x,x)=\tfrac12\qquad(x\ne0)
04

斜率参数揭示路径依赖

沿 y=kx 时,函数值为 k/(1+k1+k²)。不同斜率得到不同结果;当 k=0k=0 时为零,不能把它们都称为非零常数。

f(x,kx)=k1+k2(x≠0)f(x,kx)=\frac{k}{1+k^2}\qquad(x\ne0)

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  • 极限 讲解定位 1:00
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    已审核两路径卡用 xy/(x2+y2)xy/(x^2+y^2) 在原点附近的不同趋近值排除共同极限:坐标轴上为 00,两条对角线上分别为 1/21/2 和 −1/2-1/2。证明极限存在需要统一控制附近所有定义域点;检查几条路径、甚至所有直线一致,都不足以证明存在。

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理解原因

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认识概念

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