题目
2.(单选题) 若函数z=f(x,y)在点P_(0)(x_(0),y_(0))处两个偏导数(partial z)/(partial x)和(partial z)/(partial y)存在,则在P_(0)处()A. 连续B. 可微C. 不一定连续D. 不一定不连续
2.(单选题) 若函数z=f(x,y)在点P_{0}(x_{0},y_{0})处两个偏导数$\frac{\partial z}{\partial x}$和$\frac{\partial z}{\partial y}$存在,则在P_{0}处()
A. 连续
B. 可微
C. 不一定连续
D. 不一定不连续
题目解答
答案
C. 不一定连续
解析
本题考查函数偏导数存在与函数连续性之间的关系。解题思路是通过明确偏导数存在和函数连续的定义,然后分析两者之间的逻辑联系,同时可以借助反例来进一步说明。
1. 明确偏导数存在和函数连续的定义
- 函数$z = f(x,y)$在点$P_0(x_0,y_0)$处对$x$的偏导数$\frac{\partial z}{\partial x}\big|_{(x_0,y_0)}$定义为:$\frac{\partial z}{\partial x}\big|_{(x_0,y_0)}=\lim\limits_{\Delta x \to 0}\frac{f(x_0 + \Delta x,y_0)-f(x_0,y_0)}{\Delta x}$。
- 函数$z = f(x,y)$在点$P_0(x_0,y_0)$处连续的定义为:$\lim\limits_{(x,y) \to (x_0,y_0)}f(x,y)=f(x_0,y_0)$,即$\lim\limits_{\Delta x \to 0,\Delta y \to 0}f(x_0 + \Delta x,y_0 + \Delta y)=f(x_0,y_0)$。
2. 分析偏导数存在与函数连续的关系
偏导数存在只能说明函数在$x$方向和$y$方向上的变化情况,而函数连续要求函数在点$(x_0,y_0)$的邻域内整体的极限情况。仅仅知道函数在$x$和$y$方向上的偏导数存在,并不能保证函数在该点的极限存在且等于该点的函数值。
3. 举例说明
考虑函数$f(x,y)=\begin{cases}\frac{xy}{x^{2}+y^{2}},(x,y)\neq(0,0)\\0,(x,y)=(0,0)\end{cases}$。
- 计算$f(x,y)$在$(0,0)$处对$x$的偏导数:
$\frac{\partial f}{\partial x}\big|_{(0,0)}=\lim\limits_{\Delta x \to 0}\frac{f(0 + \Delta x,0)-f(0,0)}{\Delta x}=\lim\limits_{\Delta x \to 0}\frac{\frac{\Delta x\cdot0}{(\Delta x)^{2}+0^{2}} - 0}{\Delta x}=0$。 - 计算$f(x,y)$在$(0,0)$处对$y$的偏导数:
$\frac{\partial f}{\partial y}\big|_{(0,0)}=\lim\limits_{\Delta y \to 0}\frac{f(0,0 + \Delta y)-f(0,0)}{\Delta y}=\lim\limits_{\Delta y \to 0}\frac{\frac{0\cdot\Delta y}{0^{2}+(\Delta y)^{2}} - 0}{\Delta y}=0$。 - 再判断函数在$(0,0)$处的连续性:
令$y = kx$,则$\lim\limits_{(x,y) \to (0,0)}f(x,y)=\lim\limits_{x \to 0}\frac{x\cdot kx}{x^{2}+(kx)^{2}}=\lim\limits_{x \to 0}\frac{kx^{2}}{x^{2}(1 + k^{2})}=\frac{k}{1 + k^{2}}$,极限值与$k$有关,所以$\lim\limits_{(x,y) \to (0,0)}f(x,y)$不存在,函数在$(0,0)$处不连续。
这表明函数在某点偏导数存在时,函数不一定连续。