微積4.2.5

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問題4.2.5

合成関数の微分を用いてzuzvを求めよ。

(1)z=xy2+x2yx=u+vy=uv

(2)z=sin(xy)x=u2+v2y=2uv

(3)z=f(x,y)x=2u3vy=u5v

(4)z=f(x,y)x=cos(u+v)y=sin(uv)

(5)z=f(x+3y)x=u2vy=3u4v

 

《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。{zu=zxxu+zyyuzv=zxxv+zyyv

 


 

《解答例》

(1)z=xy2+x2yx=u+vy=uv

zu=zxxu+zyyu=(y2+2xy)1+(2xy+x2)1=x2+y2+4xy=(x+y)2+2xy=4u2+2(u2v2)=6u22v2  () zv=zxxv+zyyv=(y2+2xy)1+(2xy+x2)(1)=y2x2=(y+x)(yx)=2u(2v)=4uv  ()

 

(2)z=sin(xy)x=u2+v2y=2uv

zu=zxxu+zyyu=2ucos(xy)2vcos(xy)=2(uv)cos(xy)=2(uv)cos(u2+v22uv)=2(uv)cos(uv)2  () zv=zxxv+zyyv=2vcos(xy)2ucos(xy)=2(vu)cos(xy)=2(vu)cos(u2+v22uv)=2(vu)cos(uv)2  ()
zvですが、2(vu)cos(vu)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=2u3vy=u5v

zu=zxxu+zyyu=fx(x,y)2+fy(x,y)1=2fx(2u3v,u5v)+fy(2u3v,u5v)  () zv=zxxv+zyyv=fx(x,y)(3)+fy(x,y)(5)=3fx(2u3v,u5v)5fy(2u3v,u5v)  ()

 

(4)z=f(x,y)x=cos(u+v)y=sin(uv)

zu=zxxu+zyyu=fx(x,y)(sin(u+v))+fy(x,y)cos(uv)=sin(u+v)fx(cos(u+v),sin(uv))     +cos(uv)fy(cos(u+v),sin(uv))  () zv=zxxv+zyyv=fx(x,y)(sin(u+v))+fy(x,y)(cos(uv))=sin(u+v)fx(cos(u+v),sin(uv))     cos(uv)fy(cos(u+v),sin(uv))  ()

 

(5)z=f(x+3y)x=u2vy=3u4v

zu=zxxu+zyyu=f(x+3y)1+3f(x+3y)3=10f(10u14v)  () zv=zxxv+zyyv=f(x+3y)(2)+3f(x+3y)(4)=14f(10u14v)  ()

 


 

復習例題は設定していません。

 


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