z=f( x,y ) で x=φ( t ),y=ψ( t ) ならば,
d 2 z d t 2 = f xx ( dx dt ) 2 +2 f xy dx dt dy dt + f yy ( dy dt ) 2 + f x d 2 x d t 2 + f y d 2 y d t 2
もしくは,
d 2 z d t 2 = ∂ 2 z ∂ x 2 ( dx dt ) 2 +2 ∂ 2 z ∂x∂y dx dt dy dt + ∂ 2 z ∂ y 2 ( dy dt ) 2 + ∂z ∂x d 2 x d t 2 + ∂z ∂y d 2 y d t 2
d 2 z d t 2 = d dt ( dz dt )
= d d t ( ∂ z ∂ x d x d t + ∂ z ∂ y d y d t )
= d d t ( ∂ z ∂ x d x d t ) + d d t ( ∂ z ∂ y d y d t )
={ d dt ( ∂z ∂x ) · dx dt + ∂z ∂x · d dt ( dx dt ) } +{ d dt ( ∂z ∂y ) · dy dt + ∂z ∂y · d dt ( dy dt ) }
条件から, ∂z ∂x , ∂z ∂y は共に合成関数であるから,これらを t で微分すると,
d dt ( ∂z ∂x )= ∂ ∂x ( ∂z ∂x )⋅ dx dt + ∂ ∂y ( ∂z ∂x )⋅ dy dt
= ∂ 2 z ∂ x 2 d x d t + ∂ 2 z ∂ y ∂ x d y d t
d dt ( ∂z ∂y )= ∂ ∂x ( ∂z ∂y )⋅ dx dt + ∂ ∂y ( ∂z ∂y )⋅ dy dt
= ∂ 2 z ∂ x ∂ y d x d t + ∂ 2 z ∂ y 2 d y d t
これらを代入して,
d 2 z d t 2 ={ ( ∂ 2 z ∂ x 2 dx dt + ∂ 2 z ∂y∂x dy dt ) dx dt + ∂z ∂x · d dt ( dx dt ) } +{ ( ∂ 2 z ∂x∂y dx dt + ∂ 2 z ∂ y 2 dy dt ) dy dt + ∂z ∂y ⋅ d dt ( dy dt ) }
= ∂ 2 z ∂ x 2 ( dx dt ) 2 + ∂ 2 z ∂y∂x dy dt dx dt + ∂z ∂x d 2 x d t 2 + ∂ 2 z ∂x∂y dx dt dy dt + ∂ 2 z ∂ y 2 ( dy dt ) 2 + ∂z ∂y d 2 y d t 2
= ∂ 2 z ∂ x 2 ( dx dt ) 2 + ∂ 2 z ∂x∂y dx dt dy dt + ∂z ∂x d 2 x d t 2 + ∂ 2 z ∂x∂y dx dt dy dt + ∂ 2 z ∂ y 2 ( dy dt ) 2 + ∂z ∂y d 2 y d t 2
= ∂ 2 z ∂ x 2 ( dx dt ) 2 +2 ∂ 2 z ∂x∂y dx dt dy dt + ∂ 2 z ∂ y 2 ( dy dt ) 2 + ∂z ∂x d 2 x d t 2 + ∂z ∂y d 2 y d t 2
= f xx ( dx dt ) 2 +2 f yx dx dt dy dt + f yy ( dy dt ) 2 + f x d 2 x d t 2 + f y d 2 y d t 2
f yx = f xy より(ここを参照)
= f xx ( dx dt ) 2 +2 f xy dx dt dy dt + f yy ( dy dt ) 2 + f x d 2 x d t 2 + f y d 2 y d t 2
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学生スタッフ作成 最終更新日: 2023年1月21日