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地特三等申論題 111年 [電力工程] 工程數學

第 一 題

📖 題組:
考慮一個雙變數函數如下所示:f(x,y)=(x²+2y)⋅e^{-(x²+y²)}。令P₀代表x-y平面上的點(1,-1)(即P₀=(1,-1))。 (一)請計算f(x,y)在P₀的梯度(gradient)為何?(5分) (二)請計算f(x,y)在P₀的上面沿著(1,0)的方向之方向導數(directional derivative)為何?(5分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

請計算f(x,y)在P₀的梯度(gradient)為何?(5分)

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梯度定義為函數對各變數之偏微分所組成的向量 ∇f。分別求出對 x 與對 y 的偏導數,再代入給定的點 P₀ 座標即可得解。

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【解題思路】求取函數對各變數的偏微分以建立梯度向量,再代入特定座標。 【詳解】 已知:$f(x,y) = (x^2+2y)e^{-(x^2+y^2)}$,點 $P_0(1, -1)$。

小題 (二)

請計算f(x,y)在P₀的上面沿著(1,0)的方向之方向導數(directional derivative)為何?(5分)

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方向導數可利用梯度向量與所求方向的「單位向量」進行內積來計算。此題中給定的方向恰好已是單位向量,直接作內積即可。

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【解題思路】方向導數等於梯度向量與方向單位向量之內積。 【詳解】 已知:梯度 $\nabla f(P_0) = (4e^{-2}, 0)$,方向向量 $\vec{u} = (1, 0)$。

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