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,
d2zdt2=fxx(dxdt)2+2fxydxdtdydt+fyy(dydt)2+fxd2xdt2+fyd2ydt2
もしくは,
d2zdt2=∂2z∂x2(dxdt)2+2∂2z∂x∂ydxdtdydt+∂2z∂y2(dydt)2+∂z∂xd2xdt2+∂z∂yd2ydt2
■導出
d2zdt2=ddt(dzdt)
=ddt(∂z∂xdxdt+∂z∂ydydt)
=ddt(∂z∂xdxdt)+ddt(∂z∂ydydt)
={ddt(∂z∂x)⋅dxdt+∂z∂x⋅ddt(dxdt)}+{ddt(∂z∂y)⋅dydt+∂z∂y⋅ddt(dydt)}
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,
ddt(∂z∂x)=∂∂x(∂z∂x)⋅dxdt+∂∂y(∂z∂x)⋅dydt
=∂2z∂x2dxdt+∂2z∂y∂xdydt
ddt(∂z∂y)=∂∂x(∂z∂y)⋅dxdt+∂∂y(∂z∂y)⋅dydt
=∂2z∂x∂ydxdt+∂2z∂y2dydt
これらを代入して,
d2zdt2={(∂2z∂x2dxdt+∂2z∂y∂xdydt)dxdt+∂z∂x⋅ddt(dxdt)}+{(∂2z∂x∂ydxdt+∂2z∂y2dydt)dydt
+∂z∂y⋅ddt(dydt)}
=∂2z∂x2(dxdt)2+∂2z∂y∂xdydtdxdt+∂z∂xd2xdt2+∂2z∂x∂ydxdtdydt+∂2z∂y2(dydt)2+∂z∂yd2ydt2
=∂2z∂x2(dxdt)2+∂2z∂x∂ydxdtdydt+∂z∂xd2xdt2+∂2z∂x∂ydxdtdydt+∂2z∂y2(dydt)2+∂z∂yd2ydt2
=∂2z∂x2(dxdt)2+2∂2z∂x∂ydxdtdydt+∂2z∂y2(dydt)2+∂z∂xd2xdt2+∂z∂yd2ydt2
=fxx(dxdt)2+2fyxdxdtdydt+fyy(dydt)2+fxd2xdt2+fyd2ydt2
fyx=fxy
より(ここを参照)
=fxx(dxdt)2+2fxydxdtdydt+fyy(dydt)2+fxd2xdt2+fyd2ydt2
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最終更新日:
2023年1月21日