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数学
题目

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:

  1. 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。
  2. 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

  1. 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$0$。
  2. 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$0$。
  3. 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$(1,1,1)$

  • $\frac{\partial f}{\partial x} = 2 \cdot 1 + 1 + 3 = 6$
  • $\frac{\partial f}{\partial y} = 4 \cdot 1 + 1 - 2 = 3$
  • $\frac{\partial f}{\partial z} = 6 \cdot 1 - 6 = 0$

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