如果函数在点,那么函数在该点沿任意方向的存在。设的,则有:
因为函数在点,所以有:
若在以点为起点、方向为的射线上时,有:
结合上,所以:
上述定理说的是:
如下图所示,其中转动的表示任意方向,对应的切向量表示沿方向的存在。结合上之前的学习,容易理解这些切向量都在上。
上述定理中还给出了的计算方法。先来看两个特殊的,函数在点沿方向、以及沿方向的分别为:
这是因为,
根据上述定理中的条件可知,方向与方向的夹角为,与方向的夹角为。且这些方向上的切向量都在上,如下图所示。
这些切向量都在上,可以想象,这意味着从开始贴着切平面平滑地转动就可到达,途中会经过,如下图所示。
平滑地转动意味着,方向上的变化率会逐渐过度到方向上的变化率,而方向上的变化率介于两者之间,也就是在及之间,所以就不难理解上述定理中的结论:
同样可证明,如果函数在点,那么函数在该点沿方向的方向导数为:
上述定理反过来不一定对,也就是说方向导数都存在但不一定,即:
比如下图中看上去像屋顶的函数,其中绕点转动的表示任意方向,对应的切向量表示沿方向的存在。但这些切向量上下起伏,不在一个平面上,所以函数在点不是的。
请求出函数在点沿从点到点的方向的。
函数的如下:
因为上述偏导数,根据,所以函数在点,所以可利用本节学习的定理来求解。先求出方向以及:
再计算出点的:
所以,根据本节学习的定理有: