合成関数の2次偏導関数の導出

合成関数の2次偏導関数の導出

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

■導出

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

 

ホーム>>カテゴリー別分類>>微分>>偏微分>>合成関数の2次偏導関数>>合成関数の2次偏導関数の導出

学生スタッフ作成
最終更新日: 2023年1月21日