235 подписчиков

Как вычислить градиент функции в Excel

407 прочитали
Напомним, что градиентом функции u=f(x, y, z) в точке М называется вектор, координаты которого равны, соответственно, частным производным du/dx, du/dy, du/dz в этой точке обозначается:
grad u=(du/dx,

Напомним, что градиентом функции u=f(x, y, z) в точке М называется вектор, координаты которого равны, соответственно, частным производным du/dx, du/dy, du/dz в этой точке обозначается:

grad u=(du/dx, du/dy, du/dz) .

Градиент функции характеризует направление и величину скорости возрастания этой функции в точке.

Для вычисления градиента необходимо вычислить все частные производные заданной функции. Частная производная по какой-либо одной переменной вычисляется при "замороженных" других переменных (подобно вычислению производной функции одной переменной). В статье рассматривалась технология вычисления производной функции одного переменного. Используя приведенную в этой статье технологию будем вычислять и частные производные функции.

Рассмотрим пример.
Требуется найти градиент и его модуль для функции

z=4-x^2-y^2

в точке М(1,2).

На рабочем листе введем исходные данные, например, как на рис. 1.

Рис. 1.
Рис. 1.

Для вычисления частной производной dz/dx в ячейку F5 введем формулу

=(-(4-A5^2-B5^2)+(4-(A5+C5)^2-B5^2))/C5 (рис. 2).

Рис. 2..
Рис. 2..

Для вычисления частной производной dz/dy в ячейку G5 введем формулу

=((4-A5^3-(B5+D5)^2)-(4-A5^3-B5^2))/D5 (рис. 3).

Рис. 3.
Рис. 3.

В результате вычислений получим значения градиента заданной функции в точке М(1,2) grad z=(-2, -4) (рис. 4).

Рис. 4.
Рис. 4.

Полученный результат полностью соответствует решению, полученному аналитическим решением.

Действуя подобным образом, можно вычислить градиент функции n переменных в заданной точке.