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數(shù)學(xué)心

第二百七十章 雅可比行列式(矩陣)

數(shù)學(xué)心 蔡澤禹 157 2020-09-12 09:11:56

  由于知道一個平面上曲線的導(dǎo)數(shù),就是對應(yīng)點上的斜率。

  那么在曲面中,是不是該有一個切曲面。

  而在曲體里,會有切體。

  如何去用數(shù)學(xué)工具去研究呢?

  曲面中,只有一個x變量,出現(xiàn)的就是對應(yīng)的直線。

  而曲面中,需要一個平面的話,就需要兩個直線去確定一個平面。

  而曲面是在x、y兩個變量中的變化,曲面方程的求導(dǎo)只能按照直線求導(dǎo)的方式來。

  那先去求x的導(dǎo)數(shù),還是先求y的導(dǎo)數(shù)?這個先后如果求的導(dǎo)數(shù)不同話,那就說明有一種方向不同的連續(xù)性的東西。

  當(dāng)然這也是以后,柯西準(zhǔn)則,去判斷曲面連續(xù)性的東西。

  而這里,去對曲面甚至曲體甚至曲高維體求導(dǎo),就用雅可比行列式。

  雅可比行列式通常稱為雅可比式,它是以n個n元函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)為元素的行列式。

  事實上,在函數(shù)都連續(xù)可微(即偏導(dǎo)數(shù)都連續(xù))的前提之下,它就是函數(shù)組的微分形式下的系數(shù)矩陣(即雅可比矩陣)的行列式。

  若因變量對自變量連續(xù)可微,而自變量對新變量連續(xù)可微,則因變量也對新變量連續(xù)可微。

  這可用行列式的乘法法則和偏導(dǎo)數(shù)的連鎖法則直接驗證。

  也類似于導(dǎo)數(shù)的連鎖法則。

  偏導(dǎo)數(shù)的連鎖法則也有類似的公式;這常用于重積分的計算中。

  雅可比行列式求導(dǎo),兩個變量之間是垂直的,但是也能反應(yīng)出斜向的一些曲率變化力。

  對雅可比矩陣的理解就是對多變量向量的求導(dǎo),跟y=f'(x)代表曲線切線一樣,雅可比矩陣代表了一個高維度的切空間,有了這個切空間,就可以通過設(shè)定初值迭代出無法得到解析解的微分方程組的數(shù)值解。比如三體、多擺等問題~

  雅可比在想,如果是任意的高維表面,我在這個表面上,開始做出對應(yīng)這個維度的切體,這個切體沿著這個高維面滑動,滑動之時,這個切體會發(fā)生變化。

  可以研究這個切體的變化來推敲這個高維物體的性質(zhì)。

  這樣的模型很難感悟,需要感悟這些數(shù)字,因為光是數(shù)字,很難形成圖形,而這些切體也難于用大腦想象,同時切體中的形狀也會相互交錯。

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