多元函数微分法及其应用(3)

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《高等数学》Ⅱ—Ⅱ备课教案第八章多元函数微分法及其应用（讲授法18学时）上册研究了一元函数微分法，利用这些知识，我们可以求直线上质点运动的速度和加速度，也可以求曲线的切线的斜率，可以判断函数的单调性和极值、最值等，但这远远不够，因为一元函数只是研究了由一个因素确定的事物。一般地说，研究自然现象总离不开时间和空间，确定空间的点需要三个坐标，所以一般的物理量常常依赖于四个变量，在有些问题中还需要考虑更多的变量，这样就有必要研究多元函数的微分学。多元函数微分学是一元函数的微分学的推广，所以多元函数微分学与一元函数微分学有许多相似的地方，但也有许多不同的地方，学生在学习这部分内容时，应特别注意它们的不同之处。一、教学目标与基本要求1、理解多元函数的概念，理解二元函数的几何意义。2、了解二元函数的极限与连续性的概念，以及有界闭区域上连续函数的性质。3、理解多元函数偏导数和全微分的概念，会求全微分，了解全微分存在的必要条件和充分条件，了解全微分形式的不变性，了解全微分在近似计算中的应用。4、理解方向导数与梯度的概念并掌握其计算方法。5、掌握多元复合函数偏导数的求法。6、会求隐函数（包括由方程组确定的隐函数）的偏导数。7、了解曲线的切线和法平面及曲面的切平面和法线的概念，会求它们的方程。8、了解二元函数的二阶泰勒公式。9、理解多元函数极值和条件极值的概念，掌握多元函数极值存在的必要条件，了解二元函数极值存在的充分条件，会求二元函数的极值，会用拉格朗日乘数法求条件极值，会求简单多元函数的最大值和最小值，并会解决一些简单的应用问题。二、教学内容及学时分配：第一节多元函数的基本概念2课时第二节偏导数2学时第三节全微分2学时第四节多元复合函数的求导法则2学时第五节隐函数的求导公式2学时第六节多元函数微分学的几何应用2学时第七节方向导数与梯度2学时第八节多元函数的极值及其求法2学时三、教学内容的重点及难点：重点：1．多元函数的极限与连续；2．偏导数的定义；全微分的定义3．多元复合函数的求导法则；隐函数的求导法则4．方向导数与梯度的定义5．多元函数的极值与最值的求法难点：1．多元函数微分学的几个概念，即多元函数极限的存在性、多元函数的连续性、偏导数的存在性、全微分的存在性、偏导数的连续性之间的关系；第八章多元函数微分法及其应用第5页共5页 《高等数学》Ⅱ—Ⅱ备课教案1．多元复合函数的求导法则中，抽象函数的高阶导数；2．由方程组确定的隐函数的求导法则；3．梯度的模及方向的意义；4．条件极值的求法四、教学内容的深化和拓宽：1．多元函数微分学的几个概念的深刻背景；2．多元复合函数的求导法则的应用；3．由一个方程确定的隐函数，推广到由方程组确定的隐函数4．利用多元函数微分学的知识研究空间曲线和曲面的性质；5．将偏导数的概念推广到方向导数，并由此得到梯地的概念6．利用多元函数微分学的知识研究无条件极值与条件极值。五、思考题与习题第一节：习题8-12，5（1）（3），6（1）（3）（5），7（1）第二节：习题8-21（1）（3）（5）（6），3，5，6（2），（9），8（1）9（2）第三节：习题8-31（1）（4）（9）（12），3（1），5，8（4），9（3）。第四节：习题8-41，3，5，7，8（1），10，12（3）第五节：习题8-51，3，5，7，9，10（1）（3）六、教学方式（手段）本章主要采用讲授新课的方式，并辅以多媒体教学。第一节多元函数的基本概念一、内容要点1．平面点集维空间2．多元函数的概念3．多元函数的极限4．多元函数的连续性二、教学要求和注意点教学要求：1．理解多元函数的概念，理解二元函数的几何意义。2．了解二元函数的极限与连续性的概念，以及有界闭区域上连续函数的性质。教学注意点：多元函数的极限与一元函数极限的定义表面上看起来非常相似，但也有不同的地方，要特别提醒学生注意，一元函数的方向极限只有两个，即左极限和右极限，但多元函数的方向极限有无限多个，动点可以沿着直线的方向趋于定点，也可以沿着曲线的方向趋于定点，这意味着多元函数的极限较一元函数的极限复杂得多。第二节偏导数一、内容要点1．偏导数的定义及其计算法第八章多元函数微分法及其应用第5页共5页 《高等数学》Ⅱ—Ⅱ备课教案1．高阶偏导数二、教学要求和注意点教学要求：理解多元函数偏导数的概念，并会求具体多元函数的一阶偏导数和高阶偏导数，知道多元函数的连续性与偏导数之间的关系。教学注意点：在一元函数中，可导的要求比连续的要求更高，即可导必连续，但连续不一定可导。而对多元函数而元，偏导数存在时，多元函数却不一定连续，这是多元函数与一元函数的本质差别，应让学生举出反例，如第三节全微分一、内容要点1．全微分的定义；2．全微分在近似计算中的应用二、教学要求和注意点教学要求：1．理解全微分的概念，2．会求全微分，3．了解全微分存在的必要条件和充分条件，4．了解全微分形式的不变性，5．了解全微分在近似计算中的应用。教学注意点：要求学生对全微分的原始定义有很好的理解。在一元函数中，可导与可微是等价的。但对多元函数而言，可微一定可导，可导却不一定可微。另外，还要让学生知道，但对多元函数而言，可微一定连续。判断全微分存在的充分条件是偏导数连续。第四节多元复合函数的求导法则一、内容要点1．复合函数的中间变量均为一元函数的情形设，，则，且2．复合函数的中间变量均为多元函数的情形设，，则，且第八章多元函数微分法及其应用第5页共5页 《高等数学》Ⅱ—Ⅱ备课教案3．复合函数的中间变量既有一元函数，又有多元函数的情形设，，则，且二、教学要求和注意点教学要求：1．会求复合函数的中间变量均为一元函数的情形2．理解并会求复合函数的中间变量均为多元函数的情形3．会求复合函数的中间变量既有一元函数，又有多元函数的情形教学注意点：多元复合函数的求导法则实际上是一元复合函数求导法则的推广，都是所谓的链锁法则，要求学生掌握其本质，重点要掌握和理解复合函数的中间变量均为多元函数的情形。在具体求导时，最好能画出变量之间关系的树形图。第五节隐函数的求导公式一、内容要点1．由一个方程确定的隐函数的导数；由一个方程确定的隐函数的偏导数，2．由方程组确定的隐函数的导数二、教学要求和注意点教学要求：1．会求由一个方程确定的隐函数的导数2．会求由方程组确定的隐函数的导数教学注意点：在计算由方程组确定的隐函数的导数时，要注意区分哪些是自变量，哪些是因变量，一般来说，有多少个方程就可以确定多少个因变量，剩下的全是自变量。第六节多元函数微分学的几何应用（讲授法2学时）一、内容要点1．空间曲线的切线与法平面2．曲面的切平面与法线二、教学要求和注意点教学要求：2．会求空间曲线的切线与法平面2．会求曲面的切平面与法线教学注意点：第八章多元函数微分法及其应用第5页共5页 《高等数学》Ⅱ—Ⅱ备课教案在计算空间曲线的切线与法平面时，关键是要求出其切向量；在计算空间曲面的切平面与法线时，关键是要求出其切平面的法向量。第七节方向导数与梯度（讲授法2学时）一、内容要点1．方向导数2．梯度二、教学要求和注意点教学要求：1．会求二元和三元函数沿任意方向的方向导数2．理解梯度的定义。教学注意点：偏导数只研究了函数沿坐标轴方向的变化率，而实际问题中往往要求知道函数沿任何方向的变化率；另外要强调梯度的模就是方向导数的最大值，梯度的方向就是函数值增加得最快的方向。第八节多元函数的极值及其求法（讲授法2学时）一、内容要点1．多元函数的极值及最大值、最小值2．条件极值乘数法二、教学要求和注意点教学要求：1．理解多元函数极值和条件极值的概念，2．掌握多元函数极值存在的必要条件，了解二元函数极值存在的充分条件，会求二元函数的极值，会用拉格朗日乘数法求条件极值。3．会求简单多元函数的最大值和最小值，并会解决一些简单的应用问题。教学注意点：实际问题一般总要受到多个因素的制约，因此有必要研究多元函数的极值与最值问题。最值点可能在区域的内部，也可能在区域的边界上，因此，求函数的最值时，要求出它在区域内部的所有极值以及在边界上的最值，再加以比较，从中找出函数在整个区域上的最值；研究条件极值的基本方法是将条件极值转化为无条件极值，即所谓的乘数法。第八章多元函数微分法及其应用第5页共5页