朋友,你对火柴盒一定不陌生吧?它是长方形的,有长,有宽,又有高,这你都知道,不是吗?对于这种有长、有宽,又有高的东西,我们要计算它的大小,就得算出它的体积。算这种火柴盒的体积的方法,算术里已经讲过了,是把它的长、宽、高相乘。因此,这三个数中若有一个变了一点儿,它的体积也就跟着变了,所以可以说火柴盒的体积是这三个量的函数:设若它的长是a,宽是b,高是c,体积是v,我们就可得出下面的式子:
假如你的火柴盒是燮昌公司的,我的却是丹凤公司的,你一定要和我争,说你的火柴盒的体积比我的大。朋友!空口说白话,绝对不能让我心服,你有办法向我证明吗?你只好将它们的长、宽、高都比一比,找出燮昌的盒子有一边,或两边,甚至三边,都比丹凤的盒子要长些,你真能这样,我自然只好哑口无言了。
我们借这个小问题做引子,来看看火柴盒这类东西的体积的变化是怎样的。先假设它的长a,宽b和高c都是可以随我们的意思伸缩的,再假设它们的变化是连续的,好像你用打气筒套在足球的橡皮胆上打气一样。火柴盒的三边既然是连续地变,它的体积自然也得跟着连续地变,而恰好是三个变数a,b,c的连续函数。到了这里,我们就有了一个问题:“当这三个变数同时连续地变的时候,它们的函数v的无限小的变化,我们怎样去测量呢?”
以前,为了要计算无限小的变化,我们请出了一件法宝——诱导函数来,不过那时的函数是只依赖着一个变数的。现在,我们就来看这件法宝碰到了几个变数的函数时,还灵不灵。
第一步,我们能够将下面的一个体积,
由以下将要说到的非常简便的方法变成一个新体积:
开始,我们将这体积的宽b1和高c1保持原样,不让它改变,只使长a1加大一点儿变成a2。
接着,将a2和c1保持原样,只让宽b1变到b2。
最后,将a2和b2保持原样,只将c1变到c2。
这种方法,我们用了三个步骤使体积v1变到v2的,每一次我们都只让一个变数改变。
只依赖着一个变数的函数,它的变化,我们以前是用这个函数的诱导函数来表示。
同样的理由,我们每次都可以得出一个诱导函数来。不过这里所得的诱导函数,都只能表示那函数的局部的变化,因此我们就替它们取一个名字叫“局部诱导函数”。从前我们表示y对于x的诱导函数用dy表示,现dx在,对于局部诱导函数我们也用和它相似的符号表示,就是:
第一个表示只将a当变数,第二个和第三个相应地表示只将b或c当变数。
你将前面说过的关于微分的式子记起来吧!
dy=y′dx
同样地,若要找v的变化dv,那就得将它三边的变化加起来,所以:
dv这个东西,在数学上管它叫“总微分”或“全微分”。
由上面的例子,推到一般的情形,我们就可以说:“几个变数的函数,它的全部变化,可以用它的总微分表示。这总微分呢,便等于这函数对于各变数的局部微分的和。”所以要求出一个函数的总微分,必须分次求出它对于每一个变数的局部诱导函数。