多元微積分 · 選擇變化的變數

關於 x 與 y 的偏導數計算機

計算一階或高階偏導數。選擇 x 或 y 作為活動變數,並看清其餘符號為何被視為常量。

支援 x 和 y支援一至五階結果由規則推導

專屬計算工作台

微分計算

計算引擎

可以直接貼上:求 f(x,y)=x^3*y^2+exp(x^2*y) 關於 x 和 y 的偏導數。也支援題目在前、函數在後的寫法。

輸入幫助與支援範圍

保留原題,計算前確認變數和實時預覽。平方根指數請寫成 ^(1/2),函數引數請加括號。

可貼上算式或完整偏導題目。選擇 x、y 或同時計算,分別求一階偏導;高階偏導使用單獨模式。

閱讀解題方法

確認計算任務

請選擇需要的一階偏導。每項都從原函數獨立計算,不是混合偏導。

試試這些例題

題目實時預覽

抽象函數,方法先行

f(x)g(y) 應該怎樣求偏導?

先確定微分變數。對 x 求偏導時,g(y) 保持不變;對 y 求偏導時,f(x) 保持不變。

以上公式用於說明方法。計算機接受受支援的顯式表示式,不會假裝理解尚未定義的 f、g 等任意函數。

∂/∂x [f(x)g(y)] = f′(x)g(y)
∂/∂y [f(x)g(y)] = f(x)g′(y)

要實際計算同一種關係,可以使用 sin(x)·exp(y)。對 x 求偏導時,只對 sin(x) 微分,並保留 exp(y)。

開啟可計算的對應例題

如果函數只有一個變數,請使用普通微分計算機。本頁專門處理多變數函數的偏導數。 全部導數工具

每次只看一個方向

偏導數與普通導數有什麼不同

偏導數表示只沿選定方向變化、其餘獨立變數保持不變時的變化率,仍然使用熟悉的微分規則。

選擇微分變數

對於 f=x²y+y³,求 ∂f/∂x 時把 y 視為常數。第一項變為 2xy,y³ 變為零,所以結果是 2xy。

求 ∂f/∂y 時把 x 視為常數,同一表示式變為 x²+3y²。請輸入完整表示式,並選擇偏導符號中指定的變數。

繼續使用普通微分規則

冪、乘積、商和連鎖律仍然有效。對於 sin(xy),對 x 求偏導得到 y·cos(xy)。

對 y 求偏導時,sin(xy) 變為 x·cos(xy)。對比兩個結果,可以快速檢查微分變數是否選對。

高階偏導數與混合偏導數

二階偏導 ∂²f/∂x² 表示連續兩次對 x 微分。階數控制元件支援對選定變數重複微分。

計算混合偏導時,可先算一次並複製結果,再切換變數繼續計算,讓運算順序保持清晰。

理解曲面上的偏導數

對於 z=f(x,y),∂f/∂x 是保持 y 不變時沿 x 方向截線的斜率;對 y 的偏導則描述與之垂直的方向。

在實際應用中,應保留原始單位以及被固定變數的含義。符號結果不能替代對模型的實際解釋。

怎樣計算並理解偏導數

多變數函數可以沿多個獨立方向變化。記號 ∂f/∂x 問的是:當 x 變化、其他獨立變數保持不變時,f 怎樣變化?對於 ∂f/∂y,變數角色相反。正是這個條件讓偏導數區別於普通的一元導數,雖然它們使用相似的代數規則。 微分前先確認運算元中指定的變數,把其他獨立符號當作常數係數。對於 f(x,y)=x²y+y³,對 x 求偏導時,x²y 變成 2xy,而 y³ 變成零;對 y 求偏導時,結果是 x²+3y²。兩個答案都正確,因為它們描述同一曲面上不同方向的變化。 乘積微分法則和連鎖律仍然適用。對於 f=sin(xy),對 x 求偏導時 y 是常數,內層導數為 y,結果是 y cos(xy);對 y 求偏導則得到 x cos(xy)。對於 exp(x²+y²),對 x 和 y 的偏導分別是 2x exp(x²+y²) 與 2y exp(x²+y²)。保留未改變的內層表示式有助於檢查。 高階記號紀錄重複微分的方向。∂²f/∂x² 表示連續兩次對 x 微分;∂²f/∂y∂x 這樣的混合偏導按記號順序執行。本頁面的階數控制元件可對一個選定變數重複微分。計算混合偏導時,可先計算第一次並複製結果,再切換變數完成第二次,使順序保持明確。 從幾何上看,z=f(x,y) 是一個曲面。固定 y 會得到沿 x 方向的截線,∂f/∂x 就是這條曲線的斜率;固定 x 則得到垂直方向的截線。在一點處,這兩個斜率可以組成梯度的分量,是研究方向導數、最佳化和切平面的基礎。 實際應用中還要關注單位。若 f 表示溫度、x 表示距離,則 ∂f/∂x 是其他座標不變時每單位距離的溫度變化。若 f 表示受數量和時間影響的成本,選定偏導數描述的是特定“其他條件不變”假設下的邊際變化。符號表示式本身無法判斷現實變數是否真的相互獨立。 檢查結果時,確認只含非活動變數的項是否消失,以及非活動符號作為係數時是否被保留。原函數具有對稱性時,還可以比較對 x 和 y 的結果。CalculusMate 使用與普通微分相同的確定性規則樹,由你選定的符號決定哪個量發生變化。若 x 與 y 由方程關聯、y 必須隨 x 變化,請改用隱函數微分計算機。

透過切換變數建立直覺

對同一個表示式計算兩次:先選擇 x 並紀錄結果,再選擇 y 進行比較。標出哪些項因只含非活動變數而消失,哪些項保留非活動變數作為係數,以及哪些項需要乘積或連鎖律。計算高階導數時,每一遍都先寫出運算元,避免重複錯方向。光滑函數的混合偏導常常相等,但這個結論有適用條件,不能對所有公式機械套用。在選定點處計算兩個一階偏導數,並解釋沿兩個座標截線的正、負或零斜率意味著什麼,這能把符號運算連線到梯度、切平面、最佳化和變化率模型。

比較 x 與 y 兩個方向

同一個表示式,不同方向的偏導數

f=x²y+y³,對 x 求偏導

保持 y 不變,可得 ∂f/∂x=2xy。

f=x²y+y³,對 y 求偏導

保持 x 不變,可得 ∂f/∂y=x²+3y²。

f=sin(xy)

連鎖律給出:對 x 求偏導為 y·cos(xy),對 y 求偏導為 x·cos(xy)。

目前支援的偏導數範圍

工具支援對一個選定變數求受支援表示式的偏導。變數由方程關聯時請使用隱函數微分頁。計算混合偏導時,可在結果卡繼續選擇 x 或 y,頁面會保留上一步偏導及其過程。

FAQ
什麼是一階偏導數?+

它表示對一個變數微分,同時把其他獨立變數保持為常數。

怎樣計算 ∂f/∂y?+

把變數欄位設為 y,此時 x 等其他符號會被視為常數。

可以計算高階偏導數嗎?+

可以。對於受支援的表示式,可以對選定變數連續計算一至五階偏導數。

這和隱函數微分一樣嗎?+

不一樣。偏導數把其他獨立變數保持不變;隱函數微分則追蹤由方程關聯的因變數。