三維曲面偏導(dǎo)數(shù)所在直線決定的平面是曲面切面的證明

設(shè)二元函數(shù)?z = f(x,y)(x_{0} ,y_{0})處可微的,f(x_{0} ,y_{0})處沿偏導(dǎo)數(shù)方向的切線決定一個(gè)平面S,證明Sf(x_{0} ,y_{0})處的切面。證明如下:

? ??f(x_{0} ,y_{0})處沿偏導(dǎo)數(shù)方向的切線方程分別為:\begin{cases}    L1: z-z_{0}=\frac{\partial f}{\partial x} (x-x_{0})  & , y = y_{0}\\    L2: z-z_{0}=\frac{\partial f}{\partial y} (y- y_{0})  & , x = x_{0}\end{cases},其中,L1f沿\frac{\partial f}{\partial x} 方向的切線,方向向量為\vec{v} _{1} = (x-x_{0},0,\frac{\partial f}{\partial x} (x - x_{0}));L2f沿\frac{\partial f}{\partial y} 方向上的切線,方向向量為\vec{v} _{2} = (0,y-y_{0},\frac{\partial f}{\partial y} (y - y_{0}))L1L2相交于(x_{0} ,y_{0}),故它們決定了平面S。平面S的法線\vec{n} = \vec{v}_{1}  \times \vec{v}_{2} = (-\frac{\partial f}{\partial x}(x-x_{0})(y-y_{0})),-\frac{\partial f}{\partial y}(x-x_{0})(y-y_{0}),(x-x_{0})(y-y_{0}))。

????考慮函數(shù)z = f(x,y)實(shí)際上是三元函數(shù)w = g(x,y,z)= f(x,y) - z的等位面,故\nabla g = (\frac{\partial f}{\partial x} ,\frac{\partial f}{\partial y} ,-1)f正交,即\nabla g垂直于f(x_{0} ,y_{0})處的切平面。由于\vec{n} \times \nabla g = \vec{0} ,即S(x_{0} ,y_{0})S的法線與切平面的法線方向相同,故S就是f(x_{0} ,y_{0})處的切平面。

? ? 命題證畢。

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