Перейти к содержанию

Начало урока

1. Коронованный вектор: определение и обозначения

Определение — Вектор градиента

Пусть дана дифференцируемая скалярная функция $f$ двух или трёх переменных. Градиент функции $f$ — это вектор, составленный из всех её частных производных:

$$ \nabla f(x,y) = \left\langle \frac{\partial f}{\partial x},\; \frac{\partial f}{\partial y} \right\rangle \qquad \text{(две переменные)} $$ $$ \nabla f(x,y,z) = \left\langle \frac{\partial f}{\partial x},\; \frac{\partial f}{\partial y},\; \frac{\partial f}{\partial z} \right\rangle \qquad \text{(три переменные)} $$

Символ $\nabla$ называется набла (или дель). Читается вслух как «набла $f$» или «дель $f$». Название набла происходит от формы древнеегипетской/ассирийской арфы.

Значение в точке и векторное поле

Существуют два взаимодополняющих способа понимания градиента:

  • В отдельной точке: $\nabla f(a,b)$ — это конкретный вектор, единственная стрелка, начинающаяся в точке $(a,b)$. Он показывает направление и скорость наибыстрейшего возрастания $f$ именно в этой точке.
  • По всей области определения (векторное поле): Если вычислить $\nabla f$ в каждой точке области определения, получится стрелка в каждой точке. Эта совокупность стрелок — векторное поле, первое, с которым вы встречаетесь в этом курсе. Предварительный термин: векторные поля — центральные объекты раздела векторного анализа, который ждёт вас впереди (дивергенция, ротор, поток, циркуляция). Градиентное поле — самый мягкий вход в эту тему.
Представьте себе: Вообразите топографическую карту горы. В каждой точке карты нарисуйте стрелку, направленную вверх по склону, длина которой пропорциональна крутизне. Этот «ковёр» из стрелок и есть градиентное поле $\nabla f$.
Интерактивная визуализация — Градиентное векторное поле
Интерактивная визуализация — доступна в полном уроке

Градиентное поле функции $f(x,y)=x^2+y^2$. Каждая стрелка — это $\nabla f = \langle 2x,2y\rangle$, направленная радиально наружу (вверх по параболоиду). Более длинные стрелки = более крутой склон.

Продолжите этот урок на YourAIZone

В полном уроке — объяснение целиком, разобранные примеры, частые ошибки, тесты с мгновенной проверкой и ИИ-репетитор. Начните сразу как гость или создайте аккаунт, чтобы сохранять прогресс.

В полном уроке

  • Объяснение целиком
  • Разобранные примеры
  • Частые ошибки и как их избежать
  • Тестовые вопросы: 15
  • ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы по теме
  • Отслеживание прогресса для ученика, родителей и учителя