在20考研数学一第四题中,考生需要解决的是一个涉及多元函数极限与偏导数的问题。题目如下:
已知函数 \( f(x, y) = \frac{x^2y}{x^2 + y^2} \),求 \(\lim_{(x, y) \to (0, 0)} f(x, y)\)。
解题步骤如下:
1. 分析极限形式:观察函数形式,当 \( (x, y) \) 趋近于 \( (0, 0) \) 时,分子趋近于0,分母趋近于0,形成了“0/0”的不定式。
2. 使用极坐标变换:为了简化计算,可以尝试将 \( x = r\cos\theta \),\( y = r\sin\theta \) 代入原函数,其中 \( r \) 是 \( (x, y) \) 到原点的距离,\( \theta \) 是 \( (x, y) \) 与 \( x \) 轴的夹角。
3. 代入并简化:代入后得到 \( f(r, \theta) = \frac{r^3\cos^2\theta\sin\theta}{r^2} = r\cos^2\theta\sin\theta \)。
4. 计算极限:因为 \( \cos^2\theta \) 和 \( \sin\theta \) 在 \( \theta \) 的取值范围内是有界的,所以当 \( r \) 趋近于0时,\( r\cos^2\theta\sin\theta \) 也趋近于0。
5. 结论:因此,\(\lim_{(x, y) \to (0, 0)} f(x, y) = 0\)。
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