Пусть
дифференцируема в точке
. Докажем, что существует касательная плоскость к этой поверхности в точке
и что она задается уравнением
(20.1).
По аналогии с одномерным случаем (прямая называется касательной к кривой в точке
, если расстояние от точки
до этой прямой представляет собой бесконечно малую более высокого порядка, чем
при
. При этом касательная имеет уравнение
) будем называть плоскость касательной к поверхности в точке
, если расстояние от точки
до этой плоскости есть бесконечно малая более высокого порядка, чем
при
.
Рассмотрим некоторую плоскость, проходящую через точку
:
(20.2)
Из курса аналитической геометрии известно, что расстояние от точки поверхности
до плоскости (20.2) равно
(20.3)
(вспомнить про нормальное уравнение плоскости).
Если
дифференцируема в точке
, то положим в (20.2)
(20.4)
и заметим, что
(20.5)
где
при
. Тогда из (3), (4), (5) следует, что расстояние от рассматриваемой точки до плоскости есть
, что представляет собой бесконечно малую более высокого порядка, чем
.
Обратно, если есть касательная плоскость (2), т.е.
, где
при
то, раскрывая модуль, получаем, что
, где
при
, т.е.
- дифференцируемая в точке
функция и
.