Eine Funktion f: R n → R f:\Rn\to\R sei in einer Umgebung des Punktes x 0 ∈ R n x^0\in\Rn definiert. Dann heißt f f in x 0 x^0 partiell differenzierbar nach x k x_k, wenn der Grenzwert des Differentialquotienten lim x k → x k 0 f ( x 1 0, …, x k − 1 0, x k, x k + 1 0, …, x n 0) − f ( x 1 0, …, x k − 1 0, x k 0, x k + 1 0, …, x n 0) x k − x k 0 \lim_{x_k\to x_k^0}\dfrac {f(x_1^0, \dots, x_{k-1}^0, x_k, x_{k+1}^0, \dots, x_n^0)-f(x_1^0, \dots, x_{k-1}^0, x_k^0, x_{k+1}^0, \dots, x_n^0)}{x_k-x_k^0} existiert. Dieser Grenzwert heißt die partielle Ableitung von f f nach x k x_k im Punkt x 0 x^0 und wird mit ∂ f ∂ x k ( x 1 0, …, x n 0) \dfrac {\partial f} {\partial x_k} (x_1^0, \dots, x_n^0) oder f x k ( x 1 0, …, x n 0) f_{x_k} (x_1^0, \dots, x_n^0) bezeichnet. Die Funktion f f heißt in E ⊆ D ( f) E\subseteq D(f) differenzierbar, wenn die partiellen Ableitungen nach allen Variablen x k x_k für alle x ∈ E x\in E existieren. Die Funktion f f heißt stetig differenzierbar in einem Punkt x 0 x^0, falls es eine Umgebung um x 0 x^0 gibt, in der f f differenzierbar ist und alle partiellen Ableitungen ∂ f ∂ x k \dfrac {\partial f} {\partial x_k} ( k = 1, …, n k=1, \dots, n) stetige Funktionen von x k x_k sind.
Möchte man eine stetige Funktion $ z = f(x, y)$ mit zwei unabhängigen Variablen $ x, y $ partiell differenzieren, so muss man eine der Variablen konstant halten und die andere differenzieren. Dies gilt für $ x $ und auch für $ y $. Mit $\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x} f(x, y) = \dot{f_x}(x, y) = \dot{z_x} $ erhält man die Partielle Ableitung erster Ordnung nach $x$, In diesem Fall wird $y$ als Konstante behandelt. Mit $\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y} f(x, y) = \dot{f_y}(x, y) = \dot{z_y} $ erhält man die Partielle Ableitung erster Ordnung nach $y$. In diesem Fall wird $x$ als Konstante behandelt. Diese partiellen Ableitungen sind wieder Funktionen der unabhängigen Variablen. Beispiel Hier klicken zum Ausklappen Differenziere die folgende Funktion partiell nach $x$ und $y$: $\ z = 3x^2 - 4xy + 3y^3 $ Die Partielle Ableitung erster Ordnung nach $\ x$ ist: $\frac{\partial z}{\partial x} = 6x - 4y $. Die Partielle Ableitung erster Ordnung nach $\ y$ ist: $\frac{\partial z}{\partial y} = - 4x + 9y^2 $.
Als Ergebnis erhält man die partielle Ableitung der Funktion nach dieser einen Variablen. Beispiel 2 [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Da die partielle Ableitung nach einer Variablen der gewöhnlichen Ableitung bei festgehaltenen Werten aller anderen Variablen entspricht, können für die Berechnung alle Ableitungsregeln wie bei Funktionen einer Variablen verwendet werden. Ist beispielsweise, so folgt mit Produkt- und Kettenregel: und. Beispiel 3 [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] In der obigen Animation sieht man den Graphen der Funktion. Legt man einen Punkt aus dem Definitionsbereich fest, so kann man den Graphen der Funktion mit einer senkrechten Ebene in x-Richtung schneiden. Der Schnitt des Graphen mit der Ebene erzeugt einen klassischen Graphen aus der eindimensionalen Analysis. Partielle Ableitungen können so auch anschaulich auf die klassische eindimensionale Analysis zurückgeführt werden., Partielle und totale Ableitung nach der Zeit [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] In der Physik (vor allem in der theoretischen Mechanik) tritt häufig die folgende Situation auf: Eine Größe hängt durch eine total differenzierbare Funktion von den Ortskoordinaten,, und von der Zeit ab.
Merke Hier klicken zum Ausklappen Da bei der partiellen Ableitung nach $\ x$ die Therme ohne $\ x$ als Konstanten gelten, fallen sie beim Ableiten einfach direkt weg (sofern diese kein $x$ beinhalten). Gleiches gilt im umgekehrten Fall. Video wird geladen... Falls das Video nach kurzer Zeit nicht angezeigt wird: Anleitung zur Videoanzeige
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