1 Unit 2 知识点简单概括
截止到第十五节课,本课程的第二单元:偏微分(Unit 2 Partial derivatives)部分内容已完成,内容脉络简单梳理如下:
- 偏导与绘图(等值面、切平面、马鞍图)
- 极值与最优化问题(切平面逼近、最小二乘法)
- 临界点与最值(鞍点、二阶导检验)
- 微分理解与微分的应用(全微分,链式法则)
- 梯度理解与梯度的应用(方向导数、拉格朗日乘数法)
- 偏导的深入理解(非独立变量的依赖关系)
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截止到第十五节课,本课程的第二单元:偏微分(Unit 2 Partial derivatives)部分内容已完成,内容脉络简单梳理如下:
当给定函数$g(x,y,z)=c$的形式时,一般可以转化为$z=z(x,y)$的形式,然后进行推导出变量$z$与变量$x,y$之间的偏导(依赖关系),即: $$\frac{\partial{z}}{\partial{x}},\frac{\partial{z}}{\partial{y}}$$ 问题:当$z=z(x,y)$的形式无法求解时,如何求解变量$z$与变量$x,y$之间的偏导?
例题:$x^2+yz+z^3=8$,求$z(x,y)$在点$(2,3,1)$处的偏导值
对原函数求微分
最值问题指寻找最佳的变量组合(变量间不独立),使得多元函数最大/最小
例题:求函数$xy=3$距原点最近的点
分析:
函数/问题:最小化函数$f(x,y)=x^2+y^2$ 关系/限制:$g(x,y)=xy=3$ 基本思路:当$f(x,y)$的等值线/面与$g(x,y)$相切,存在条件下的最优解
沿用上一小节的思路,并继续进行演变。$f(x,y)$的等值线/面与$g(x,y)$相切意味着两函数的法向量是平行的$\nabla_f //\nabla_g$,即$\nabla_f = \lambda \nabla
微分近似地描述当函数自变量的微小改变时,函数值的变化情况
以最简单的函数$y=f(x)$为例,其对应的微分为:$dy=f'(x)dx$
以函数$f(x,y,z)$为例,其对应的全微分为: $$df=f_xdx+f_ydy+f_zdz$$
$df\neq \Delta f$,$\Delta f$是一个数值,而$df$更像是一种占位符,有时无法给出特定的值,通过对自变量进行赋值,$df$能计算得出切线/切平面的近似值
微分计算最常用的一种场景就是链式法则
当$x=x(t),y=y(t),z=z(t)$时,$f(x,y,z)$将变
偏导描述的是只考虑一个自变量变化时,因变量的变化情况。而当所有自变量都发生变化时($x\to x+\Delta x,y\to y+\Delta y$),因变量$z=f(x,y)$的变化符合以下公式: $$\Delta z \approx f_x\Delta x+f_y \Delta y$$
证明:
- 对于点$(x_0,y_0)$,假设其对应的函数值为$z_0$
- 先固定$y=y_0$,根据偏导的几何性质可得切线$L_1:z=z_0+f_x(x-x_0)$
- 再固定$x=x_0$,根据偏导的几何性质可得切线$L_2
随着自变量的增多,单变量函数开始向多元函数演变。而由于收到维度的限制,函数的可视化一般局限于二元函数图像与三元函数的等值面图像。其中等值面通过固定多元函数的因变量为常数而得到,以函数$z=x^2+y^2$为例,其绘图过程如下:
密集的等值面图像可以直接构建多元函
截止到第七节课,本课程的第一单元:向量和矩阵(Unit 1 Vectors and matrices)部分内容已完成,内容脉络简单梳理如下: