设f(x,y,z)=^2+2(y)^2+3(z)^2+xy+3x-2y-6z,求grad f(0, 0, 0) 及grad f(1, 1, 1)
设f(x,y,z)=
,
求grad f(0, 0, 0) 及grad f(1, 1, 1)
题目解答
答案
三元函数求解梯度首先要求偏导
f(x,y,z)=
偏导数计算如下:
∂f/∂x = 2x + y + 3
∂f/∂y = 4y + x - 2
∂f/∂z = 6z - 6
现在我们分别计算在点 (0, 0, 0) 和 (1, 1, 1) 处的梯度。
在点 (0, 0, 0) 处,代入 x = 0,y = 0,z = 0:
∂f/∂x = 2×(0) + 0 + 3 = 3
∂f/∂y = 4×(0) + 0 - 2 = -2
∂f/∂z = 6×(0) - 6 = -6
因此,在点 (0, 0, 0) 处的梯度为 grad f(0, 0, 0) = (3, -2, -6)。
在点 (1, 1, 1) 处,代入 x = 1,y = 1,z = 1:
∂f/∂x = 2×(1) + (1) + 3 = 6
∂f/∂y = 4×(1) + (1) - 2 = 3
∂f/∂z = 6×(1) - 6 = 0
因此,在点 (1, 1, 1) 处的梯度为 grad f(1, 1, 1) = (6, 3, 0)。
解析
考查要点:本题主要考查三元函数梯度的计算,涉及偏导数的求解及代入特定点的值。
解题核心思路:梯度是向量,由函数对每个变量的偏导数组成。因此,分别对$x$、$y$、$z$求偏导,再将给定点的坐标代入偏导数表达式即可。
破题关键点:
- 正确求出三个偏导数:注意每一项的导数规则,尤其是交叉项(如$xy$)的处理。
- 代入点的坐标时避免计算错误:需逐一代入并仔细计算。
步骤1:求偏导数
-
对$x$求偏导:
$\frac{\partial f}{\partial x} = 2x + y + 3$- $x^2$导数为$2x$,$xy$导数为$y$,$3x$导数为$3$,其余项导数为$0$。
-
对$y$求偏导:
$\frac{\partial f}{\partial y} = 4y + x - 2$- $2y^2$导数为$4y$,$xy$导数为$x$,$-2y$导数为$-2$,其余项导数为$0$。
-
对$z$求偏导:
$\frac{\partial f}{\partial z} = 6z - 6$- $3z^2$导数为$6z$,$-6z$导数为$-6$,其余项导数为$0$。
步骤2:代入点$(0,0,0)$
- $\frac{\partial f}{\partial x} = 2 \cdot 0 + 0 + 3 = 3$
- $\frac{\partial f}{\partial y} = 4 \cdot 0 + 0 - 2 = -2$
- $\frac{\partial f}{\partial z} = 6 \cdot 0 - 6 = -6$
步骤3:代入点$(1,1,1)$
- $\frac{\partial f}{\partial x} = 2 \cdot 1 + 1 + 3 = 6$
- $\frac{\partial f}{\partial y} = 4 \cdot 1 + 1 - 2 = 3$
- $\frac{\partial f}{\partial z} = 6 \cdot 1 - 6 = 0$