وتكون f من الصنف C1 على U إذا وُجد كلاهما وكانا متصلين على U. والتدرج هو ∇f(a,b)=(∂x∂f,∂y∂f)(a,b).
أمثلة
مثال 25.10(منحنيات المستوى والتدرجات، على دالة واحدة)
خذ f(x,y)=x2−y2. ومجموعات مستواها: {f=c} قطعٌ زائد مفتوح يمينًا ويسارًا من أجل c>0، وصعودًا ونزولًا من أجل c<0، وزوج المستقيمين المتقاطعين y=±x من أجل c=0 — أي خريطة كنتور لممرّ جبلي، بنقطة السرج عند المبدأ حيث يتقاطع مستقيما المستوى المعدوم. والتدرج: ∇f=(2x,−2y). وعند النقطة (2,1) (على المستوى c=3): ∇f=(4,−2)، بينما تكون متجهة مماس منحني المستوى، معلَّمًا بجوار تلك النقطة بالمقدار (t,t2−3)، هي (1,t2−3t)=(1,2) عند t=2 — وفعلًا
⟨(4,−2),(1,2)⟩=4−4=0:
فالتدرج عمودي على الكنتور، مشيرًا نحو قيم f الأعلى (وهنا: بعيدًا عن محور y). وقراءتان أخريان: ينعدم التدرج عند السرج بالضبط، حيث تنقبض خريطة الكنتور؛ ويكون مستقيم المماس لمنحني المستوى عند (2,1) هو 4(x−2)−2(y−1)=0، أي 2x−y=3 — وهي المعادلة «⟨∇f,M−M0⟩=0» التي تعمّم مماس القطع الناقص في التمرين 24.11.
والنقاط الحرجة: إذا كان y=0، أعطت المعادلة الثانية x∈{0,3}؛ وإذا كان x=0، أعطت الأولى y∈{0,3}؛ وإذا كان xy=0، فحُلَّ 2x+y=3 و x+2y=3: ومنه x=y=1. أي أربع نقاط: (0,0) و (3,0) و (0,3) و (1,1). والمشتقات الثانية: r=−2y و s=3−2x−2y و t=−2x.
(1,1): r=−2 و s=−1 و t=−2: ومنه rt−s2=3>0 و r<0: أي قيمة عظمى موضعية، f(1,1)=1.
(0,0): r=t=0 و s=3: ومنه rt−s2=−9<0: أي سرج؛ وكذلك (3,0) (s=−3) و (0,3): أي ثلاثة سروج.
والقيمة العظمى موضعية فقط: f(−T,−T)=T2(3+2T)→+∞. وتحقق التناظر: f(x,y)=f(y,x)، وفعلًا تكون المجموعة الحرجة والتصنيف متناظرين في x↔y. والتفسير: بين المستطيلات ذات الفسحة x,y≥0 و x+y≤3، يكون الجداء xy(3−x−y) لِما في «أجزاء» 3 الثلاثة أكبرَ ما يكون عندما تتساوى الأجزاء — وهو ظلٌّ في متغيرين لمبدأ المتوسطين الحسابي والهندسي.