朋友,火柴盒子,你总很面熟的了。它是长方形的,有长,有宽,又有高,这你都知道的,不是吗?对于这种有长有宽又有高的东西,我们要计较它的大小,就得算出它的体积,算这种火柴盒子的体积的方法,算术里已经讲过,是把它的长、宽、高来相乘。因此,这三个数中若有一个变了一点,它的体积也跟着要变的,所以我们可以说火柴盒子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:
v=abc
假如你有的火柴盒子是燮昌公司的,我有的却是丹凤公司的,你一定要和我争,说是你那一个的体积比我这一个的大。朋友!空口说白话,绝不能叫我心服,我得向你要证明,你有法子吗?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,甚而至于三边,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,来看看火柴盒子这类东西的体积的变化是怎样一个情景,先得想象它的长a、宽b和高c都是可以随我们的意思叫它们伸缩的。
再得想象,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的一般。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,我们怎样去测呢?”
以前,为了要计算无限小的变化,我们请出了一件宝货——导数来,不过那时的函数是只依赖着一个变数的;现在,我们就来看,这件宝货碰到了几个变数的函数,它还灵不灵。
第一步我们先注意到,我们能够将下面的一个体积,
v1=a1b1c1
由以下将要说到的顶简便的方法变成这么一个新体积:
v2=a2b2c2
开始,我们将这体积的宽b1和高c1保持住老样子,不让它改变,只使长a1加大一点变成a2。
接着,再保住a2和c1,只让宽b1变到b2。
末了,将a2和b2保住,只将c1变到c2。
这种方法,我们是用三次手续使体积v1变到v2的,在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导数来表示。
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,在数学上给它一个名字叫“全微分”。
由上面的例子,推到一般的情形去,我们就可以说:
“几个变数的函数,它的全部变化,可以用它的全微分表示。这全微分呢,便等于这函数对于各变数的偏微分的和。”所以要求出一个函数的全微分,必须分次求出它对于每一个变数的偏导数。