kaoyan1basic 高等数学 第234题

教材习题

📝 题目

### 第234题 设 $\displaystyle f(x, y)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{x^{4}-y^{4}}{x^{2}+y^{2}}, & x^{2}+y^{2} \neq 0 \\ 0, & x^{2}+y^{2}=0\end{array}\right.$ ,则 $f(x, y)$ 在点 $(0,0)$ 处 (A)连续,但偏导数 $f_{x}^{\prime}(0,0)$ 和 $f_{y}^{\prime}(0,0)$ 不存在. (B)连续且偏导数 $f_{x}^{\prime}(0,0)$ 和 $f_{y}^{\prime}(0,0)$ 都存在,但不可微. (C)可微但 $f_{x}^{\prime}$ 和 $f_{y}^{\prime}$ 不连续. (D)可微且 $f_{x}^{\prime}$ 和 $f_{y}^{\prime}$ 连续. 答题 区

💡 答案解析

**答案**:D **解析**: 步骤1:连续性。$\displaystyle \left|\frac{x^4-y^4}{x^2+y^2}\right|\leq x^2+y^2$,故连续。 步骤2:偏导数。$\displaystyle f_x(0,0)=\lim_{x\to0}\frac{x^4/x^2}{x}=0$,$f_y(0,0)=0$。 步骤3:可微性。$\displaystyle \Delta f = \frac{x^4-y^4}{x^2+y^2}$,$\displaystyle \frac{|\Delta f|}{\sqrt{x^2+y^2}}\leq \frac{(x^2+y^2)^2}{(x^2+y^2)^{3/2}}=\sqrt{x^2+y^2}\to0$,可微。 步骤4:偏导函数连续性。$\displaystyle f_x(x,y)=\frac{4x^3(x^2+y^2)-2x(x^4-y^4)}{(x^2+y^2)^2}$,沿$y=0$时$f_x(x,0)=4x$连续,沿$x=0$时$f_x(0,y)=0$,可证$f_x$在(0,0)连续,同理$f_y$连续。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:判断连续性
由于 |x^4 - y^4| ≤ (x^2 + y^2)^2,所以 |f(x,y)| ≤ x^2 + y^2,当 (x,y)→(0,0) 时,f(x,y)→0 = f(0,0),故连续。
公式:|x^4 - y^4| ≤ (x^2 + y^2)^2
提示:利用不等式放缩证明极限为0。
步骤 2/4
目标:计算偏导数 f_x(0,0) 和 f_y(0,0)
f_x(0,0) = lim_{x→0} [f(x,0)-f(0,0)]/x = lim_{x→0} (x^4/x^2)/x = lim_{x→0} x = 0。同理 f_y(0,0)=0。
公式:f_x(0,0) = lim_{x→0} (x^4/x^2)/x = 0
提示:直接代入定义计算。
步骤 3/4
目标:判断可微性
Δf = f(x,y)-f(0,0)-f_x(0,0)x-f_y(0,0)y = (x^4-y^4)/(x^2+y^2)。则 |Δf|/√(x^2+y^2) ≤ (x^2+y^2)^2/(x^2+y^2)^(3/2) = √(x^2+y^2) → 0,故可微。
公式:|Δf|/√(x^2+y^2) ≤ √(x^2+y^2)
提示:利用全微分定义,证明差商趋于0。
步骤 4/4
目标:判断偏导函数的连续性
计算 f_x(x,y) = [4x^3(x^2+y^2) - 2x(x^4-y^4)]/(x^2+y^2)^2。沿 y=0 时 f_x(x,0)=4x,沿 x=0 时 f_x(0,y)=0,可证 f_x 在 (0,0) 连续。同理 f_y 连续。
公式:f_x(x,y) = [4x^3(x^2+y^2) - 2x(x^4-y^4)]/(x^2+y^2)^2
提示:分别考虑不同路径下的极限,验证连续性。

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