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【偏导/方向导数/梯度】- 图解高等数学系列 04

用动态图形直观形象地理解偏导,方向导数与梯度以及它们之间的关系啦!
一、偏导(Partial Derivative)
回忆一元函数的导数就是函数的变化率,那对于二元函数的偏导而言,可以按着某一个变量不变(视为常量),只对其中的另外一个变量求变化率。从下面动图中可以看到对x求偏导,截面与xOz平面平行,其中截面与二元函数的交线就是一个一元函数的曲线。

图1
二、方向导数/梯度
偏导只是二元函数沿着坐标轴x或者 y的变化率,但是能否求沿着任意方向的变化率呢?当然可以了,这就是方向导数(Directional Derivative)。而其中方向导数取最大值的方向就是梯度(Grad )啦,也就是函数变化率最大的方向。
观察底部表示方向导数(蓝色)与梯度(黑色)的箭头指向(两者这里只表示方向),梯度方向始终指向函数值上升最大的方向。

图2


上面就是利用Wolfram语言制作的图解高等数学例子。因为本人水平有限,疏忽错误在所难免(尽管两个模型折腾好长时间),所以还请各位老师和朋友不吝赐教,多提宝贵意见!好了,现在让我们在下一篇的中来看一看其他高等数学概念的动画演示。感谢关注!Thanks!

 

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