映射的微分
1.与其他教材的不同以及教材知识的补充
这里笔者手边的教材是中科大史济怀和常庚哲(缅怀下仙逝的常先生),与其他教材有轻微的不同。一部分国外和国内教材,此处对于多变量微分学,直接是从向量函数开始讲的,一部分教材里有一个个人认为的缺陷,就是对数理基础的要求极其的高,在这些书里,算子的性质往往是被理解的十分自然的,也就是说,他们不会花时间去解释性质为什么是这样,因为他们把线性代数的东西直接拿来了(有些书里在讨论函数正交或抽象的正定矩阵时你也会发现这些问题),甚至你的线代教材基于的数集是\(\mathbb{R}\),但是现在分析书里讨论的是\(\mathbb{Z}\)或者\(\mathbb{F}\),然后你可能会自然的考虑,那这些东西咱也不知道,能不能推过来啊?
如果你是自学党或者线性代数or高等代数的水平跟不上时,这不是你的问题,别滞于囹圄而寸步不前。这些困惑里艰深的部分往往不是自己能解答的,要多向他人请教。
在上一部分其实已经提出过这个\(\mathrm{d} f\left(x_{0}\right)=J f\left(x_{0}\right) h\),但限于数量函数,这里我们先从形式上推广出对于向量函数的结果来,再去讨论它的严格证明。
2.##形式上的推导
回想我们对于用矩阵重写的部分(第二节的3-1)的描述,我们知道矩阵相乘的一个性质在于,假定\(A\times B=C\),那么\(C_{i}=A_{i}\times B\)(\(A_{i}\)表示矩阵第i行)
也就是行行之间互不干扰,那么对于每一个行,具备了称为分量的条件,我们让每一个行成为一个分量,这样应该能满足每一行的结果间是独立的。也就是说,它能继承我们对于函数只有单独一个一行(即使一行只有一个数字)时讨论的结果,同时,可以在维度上扩充。这样\(\nabla\)(看成\(A\times B=C\)中的A)只需在行的维度上扩充,也就是说
\[J f\left(x_{0}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\frac{\partial f_{1}\left(x_{0}\right)}{\partial x_{1}}} & {\dots} & {\frac{\partial f_{1}\left(x_{0}\right)}{\partial x_{n}}} \\ {\vdots} & {} & {\vdots} \\ {\frac{\partial f_{m}\left(x_{0}\right)}{\partial x_{1}}} & {\cdots} & {\frac{\partial f_{m}\left(x_{0}\right)}{\partial x_{n}}}\end{array}\right)\]
对于向量函数,它的微分应该满足我们这样的期待
3.##一个证明的思路
首先要给出推广后可微的定义,才能继续。
对于f,如果满足
\[f\left(x_{0}+h\right)-f\left(x_{0}\right)=A h+r(h)\]
且\(\lim _{h \rightarrow 0} \frac{\|r(h)\|}{\|h\|}=0\),
则f在\(x_0\)处可微。
然后我们沿着之前的形式推导,既然维数是有限的,对于每个\(r\)的分量极限都是成立的,那么整合到一起,很容易由范数的关系得到新的极限也能成立。
4.##关于一个可能没用的理解
线代里我们都知道,非常重要的意义在于把映射推广到里矩阵。函数复合推广到了相乘,对于多元微积分,这或许是线代第一次真正意义上的应用,以后我们认为Jacobi矩阵就是一个”微分“或者”导数“,因为他们两个实质的意义已经没有区分的必要
5.#可微判定定理的推广
我们把第二节\(4-2\)的定理推广
若Jacobi矩阵存在,且\(\nabla f\)各元素在\(x_0\)处连续,则\(f\)在\(x_0\)可微
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