為什么梯度反方向是下降速度最快的方向?

?一、了解什么是導(dǎo)數(shù)。

? ? 1、導(dǎo)數(shù)是變化率,是切線,是瞬時速度,是加速度(一元函數(shù)中)。

? ? 2、導(dǎo)數(shù)是線性近似工作。

? ? 3、導(dǎo)數(shù)是線性變換。

? ??????如何理解導(dǎo)數(shù)的概念 ?

二、?了解偏導(dǎo)數(shù),方向?qū)?shù)。

? ??????多元函數(shù)中全微分與偏導(dǎo)數(shù)、偏微分的直觀區(qū)別是什么?

三、方向?qū)?shù)與梯度的關(guān)系。

????????如何直觀形象的理解方向?qū)?shù)與梯度以及它們之間的關(guān)系?

? ??????方向?qū)?shù)與梯度


四、從泰勒展開式的角度理解。



五、從方向?qū)?shù)的角度理解。

偏導(dǎo)的幾何意義:平行于x軸或y軸方向的垂直平面上截線的斜率。


方向?qū)?shù)的幾何意義:就是某一方向上垂直平面截線在該方向的斜率 。


u微量所在平面且垂直于xoy的面平與z=f(x,y)曲面所截取的取線


xoy平面的方向向量,夾角關(guān)系


方向?qū)?shù)定理:

方向?qū)?shù)求解公式


xoy平面的方向向量

此定量,由全微分證明。

引入一個標(biāo)識:


我們稱grad為Nabla算子(數(shù)學(xué)符號),剃度是物理概念。


方向?qū)?shù)我們可以寫成向量點(diǎn)積的形式:

即梯度向量乘以方向向量,我們可以理解方向?qū)?shù)為剃度向量在方向向量上的投影。

剃度向量與方向?qū)?shù)關(guān)系推導(dǎo)
剃度與方向?qū)?shù)夾角關(guān)系

剃度大小是因定的,方向量向由夾角來確定,所以我們可以根據(jù)方向向量和剃度向量來計算方向?qū)?shù)。

由上圖可以知,與g向量方向相同的方向向量其方向?qū)?shù)值最大。g為剃度向量。所以剃度的反說反方向為函數(shù)減小最快的方向。


等高線與剃度的關(guān)系



等高線上某一點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)為:


此切線的法向量為,


而由剃度向量可知


所以剃度方向與等高線的法向量同向,且剃度方向由函數(shù)值較低的等高線指向函數(shù)值較高的等高線。




[Math & Algorithm] 拉格朗日乘數(shù)法 - Poll的筆記 - 博客園

方向?qū)?shù)PPT

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