微積4.2.5 前に戻る トップへ戻る 次の問題へ 問題4.2.5 合成関数の微分を用いてzu、zvを求めよ。 (1)z=xy2+x2y、x=u+v、y=u−v (2)z=sin(x−y)、x=u2+v2、y=2uv (3)z=f(x,y)、x=2u−3v、y=u−5v (4)z=f(x,y)、x=cos(u+v)、y=sin(u−v) (5)z=f(x+3y)、x=u−2v、y=3u−4v 《ポイント》 合成関数の偏微分は以下の公式で与えられます。これは「連鎖律」(chain rule)と呼ばれる合成関数の微分に関する性質で、高校数学の内容ではいわゆる「缶詰めの微分」として登場するものです。{∂z∂u=∂z∂x∂x∂u+∂z∂y∂y∂u∂z∂v=∂z∂x∂x∂v+∂z∂y∂y∂v 《解答例》 (1)z=xy2+x2y、x=u+v、y=u−v 答∂z∂u=∂z∂x∂x∂u+∂z∂y∂y∂u=(y2+2xy)⋅1+(2xy+x2)⋅1=x2+y2+4xy=(x+y)2+2xy=4u2+2(u2−v2)=6u2−2v2 ⋯⋯(答) 答∂z∂v=∂z∂x∂x∂v+∂z∂y∂y∂v=(y2+2xy)⋅1+(2xy+x2)⋅(−1)=y2−x2=(y+x)(y−x)=2u(−2v)=−4uv ⋯⋯(答) (2)z=sin(x−y)、x=u2+v2、y=2uv 答∂z∂u=∂z∂x∂x∂u+∂z∂y∂y∂u=2ucos(x−y)−2vcos(x−y)=2(u−v)cos(x−y)=2(u−v)cos(u2+v2−2uv)=2(u−v)cos(u−v)2 ⋯⋯(答) 答∂z∂v=∂z∂x∂x∂v+∂z∂y∂y∂v=2vcos(x−y)−2ucos(x−y)=2(v−u)cos(x−y)=2(v−u)cos(u2+v2−2uv)=2(v−u)cos(u−v)2 ⋯⋯(答) ※zvですが、2(v−u)cos(v−u)2と文字の並びを揃えた形で解答しても良いでしょう。 (3)z=f(x,y)、x=2u−3v、y=u−5v 答∂z∂u=∂z∂x∂x∂u+∂z∂y∂y∂u=fx(x,y)⋅2+fy(x,y)⋅1=2fx(2u−3v,u−5v)+fy(2u−3v,u−5v) ⋯⋯(答) 答∂z∂v=∂z∂x∂x∂v+∂z∂y∂y∂v=fx(x,y)⋅(−3)+fy(x,y)⋅(−5)=−3fx(2u−3v,u−5v)−5fy(2u−3v,u−5v) ⋯⋯(答) (4)z=f(x,y)、x=cos(u+v)、y=sin(u−v) 答∂z∂u=∂z∂x∂x∂u+∂z∂y∂y∂u=fx(x,y)⋅(−sin(u+v))+fy(x,y)⋅cos(u−v)=−sin(u+v)fx(cos(u+v),sin(u−v)) +cos(u−v)fy(cos(u+v),sin(u−v)) ⋯⋯(答) 答∂z∂v=∂z∂x∂x∂v+∂z∂y∂y∂v=fx(x,y)⋅(−sin(u+v))+fy(x,y)⋅(−cos(u−v))=−sin(u+v)fx(cos(u+v),sin(u−v)) −cos(u−v)fy(cos(u+v),sin(u−v)) ⋯⋯(答) (5)z=f(x+3y)、x=u−2v、y=3u−4v 答∂z∂u=∂z∂x∂x∂u+∂z∂y∂y∂u=f′(x+3y)⋅1+3f′(x+3y)⋅3=10f′(10u−14v) ⋯⋯(答) 答∂z∂v=∂z∂x∂x∂v+∂z∂y∂y∂v=f′(x+3y)⋅(−2)+3f′(x+3y)⋅(−4)=−14f′(10u−14v) ⋯⋯(答) 復習例題は設定していません。 前に戻る トップへ戻る 次の問題へ