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Interpretación geométrica de $\frac {\partial^2} {\partial x \partial y} f(x,y)$

¿Hay alguna interpretación geométrica de la segunda derivada parcial? es decir,

$$f_{xy} = \frac {\partial^2 f} {\partial x \partial y}$$

En particular, estoy tratando de comprender el determinante de la segunda derivada parcial de la prueba para determinar si un punto crítico es un minima/maxima/puntos de silla:

$$D(a, b) = f_{xx}(a,b) f_{yy}(a,b) - f_{xy}(a,b)^2$$

No tengo problemas en la comprensión de $f_{xx}(x,y)$ $f_{yy}(x,y)$ como el de medida de la concavidad/convexidad de f en la dirección de x y el eje y. Pero, ¿qué $f_{xy}(x,y)$ significa?

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bat Puntos 11

El objeto que verdaderamente tiene sentido geométrico es el de Hesse, es decir, la matriz que consta de segundo orden en derivadas parciales: $$ H(x,y) := \begin{pmatrix} f_{xx} & f_{xy} \\ f_{xy} & f_{yy} \end{pmatrix}. $$

(En la siguiente, voy a indicar el punto/producto escalar por $<(u_1, u_2), (v_1, v_2)> = u_1 v_1 + u_2 v_2$.)

Escribir $\mathbf x = (x, y)$. Taylor teorema dice que la mejor aproximación de segundo orden a la (liso) la función $f$ está dado por $$ f(\mathbf x) = f(0) + < \nabla f(0), \mathbf x > + < H(0) \mathbf x, \mathbf x> + O( || \mathbf x ||^3 ).$$

Si usted está en un punto crítico, el término pertinente es el término cuadrático $< H(0) \mathbf x, \mathbf x>$. Conjuntos de nivel de una ecuación cuadrática expresión como esta son las secciones cónicas. El determinante de a $H$ (el cual es dado por la fórmula que escribí más arriba) le permite determinar cuál es el nivel de los conjuntos, si esta función cuadrática es definida positiva, negativa definido o indefinido. Si usted piensa de la gráfica de la función como una cordillera, los autovalores de a $H$ dirá cómo de punta es la montaña, y los vectores propios dirá las instrucciones de ascensional/suave ascenso (o descenso, según sea el caso).

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MikeHoss Puntos 207

Creo que de la mezcla parcial como un resumen de la tendencia de la curva de giro como el ADN, (pero sólo porque es positivo en términos de valor absoluto no significa que la superficie de la realidad giros desde otras tendencias pueden abrumar a), y la recta segundo derivados $f_{xx}$ $f_{yy}$ como un resumen de la tendencia de la curva se abulte hacia arriba o hacia abajo en la $xz$ - $yz$ - secciones transversales.

A desentrañar los roles individuales de los parciales, supongamos por el momento que la mezcla de los parciales son idénticamente cero, la mejor para aislar su efecto más tarde. Si $f_{xx}$ $f_{yy}$ son de signos opuestos, entonces la curva tiene una silla de montar tendencia (creo que de las dos curvas, una en la $yz$-plano y uno en el $xz$-plano, se cruzan en ángulos rectos, uno de apertura y otro de apertura hacia abajo: esto va a producir un negativo de la curvatura intrínseca o silla de montar con la forma de un paraboloide hiperbólico). Ahora piense en el mismo parábolas, pero tanto la apertura decir hacia abajo, con $f_{xx}$ $f_{yy}$ tienden a tener los mismos signos: que tienden a producir una característica intrínseca de curvatura positiva (protrusión) como un elipsoide. Estoy seguro de que lo sabía.

Ahora vamos a agregar en la mezcla de los parciales para mostrar lo que su efecto es. Creo que de la mezcla de los parciales como un puro torsión factor, también tiende a producir un negativo o de silla de montar de la curvatura, pero girada $45$ grados! Sí, una vuelta de tuerca es el mismo como una silla de montar tendencia, sino que pensamos de manera diferente. Imagina que tu mano a caballo hacia abajo a lo largo de la pared de una forma de silla, como un avión que inmersiones, mientras que la rotación, puede ayudar a ver esto.

Ahora: has visto alguna vez un diagrama de una silla de montar que mostraba una especie de "X" forma en que, en líneas diagonales que viene de fuera de la silla de montar de punto, donde la tendencia a subir en decir $y$ es cancelado por la tendencia a bajar en $x$, y la cosa sólo se mantiene constante a lo largo de la línea diagonal, con $f_{xx}$ $f_{yy}$ cero aquí? Bueno, si usted tenía un correctamente girado forma de silla que no podría ir hacia arriba o hacia abajo en la $x$- o $y$- instrucciones--y sin embargo sería negativamente curvas o giros no obstante, como sería claramente visible desde otras direcciones. Es ESTA peculiaridad de que la mezcla de los parciales de medida (sólo como una $xy$plazo rota una cónica, por cierto).

Si la curvatura de las dos ordinario de la segunda parciales es negativo, se olvide de ella, la mixta parciales se hacen aún más negativo. En otras palabras, si $f_{xx}f_{yy}$ es negativo debido a que estos difieren en el signo, la curvatura intrínseca es ya negativo, y restando $f_{xy}^2$ lo hará aún más. Pero si la curvatura de la recta segunda parciales es positivo (protrusión hacia arriba o hacia abajo), debido a que $f_{xx}$ $f_{yy}$ está de acuerdo en firmar, entonces, posiblemente, esta positiva tendencia todavía puede ser abrumado por el independiente negativo-de la curvatura de la acción de torsión mixta parciales. Es por eso $f_{xy}$ se eleva al cuadrado y se resta: su signo no importa a la silla de montar de ness y es inherentemente negativa de la curva de factor. La contienda entre estas es el discriminante de la prueba que mencionas.

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sunseeker Puntos 1070

Trate de pensar en el estado de Hesse como expresión de la curvatura de la superficie en un punto determinado. Curvatura negativa corresponde a un punto de silla, positivo con un familiar extrema, etc. Si quieres un verdadero interpretación geométrica sólo debe recoger una geometría diferencial libro (Do Carmo es una buena) y buscar transversal de la curvatura. Tiendo a pensar que el $f_{xy}$ como expresar lo mucho que la curva obtenida por la intersección de los gráficos de los planos paralelos al xz,y los aviones de desviarse de tener la máxima aceleración con respecto a las curvas tangentes a la superficie de intersección su punto de interés. También el factor determinante es independiente de la elección de las coordenadas del espacio de la tangente-por lo tanto, coordinar libre.

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Dan Kennedy Puntos 126

Aproximadamente, el mezclado parcial representa qué tan rápido (y en qué dirección) de la tangente a la línea de "tiradas" como "arrastrar" el punto de tangencia a través de una superficie. Al menos esto es lo que yo pienso de ella. Considere la posibilidad de una superficie, tal como $z = xy$, que es un simple caso. Sus mezclado parcial es idéntica $1$, por lo que el discriminante es idéntica $-1$ y el punto crítico en $(0, 0)$ es un punto de silla (como se esperaba). Si usted dibuja una línea tangente a $(-1, 0)$ paralelo al plano y-z, se obtiene la línea de $(-1, 0, 0) + t(0, 1, -1)$. Ahora arrastre la línea hacia el origen, y que gira en torno a encontrar el eje y, luego más, hasta llegar a $(1, 0, 0) + t(0, 1, 1)$. De hecho, esta tangente coincide con la superficie en todos los puntos, pero en general esto no va a ser el caso; intente $z = x^2 + 3xy + y^2 = (x+y)^2 + xy$, que tiene un adicional de confusión plazo, pero todavía tiene el mismo comportamiento básico (y el mismo punto de silla desde su discriminante es idéntica $-5$).

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