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z=f(x,y) で x=φ(u,v),y=ψ(u,v) ならば
∂2z∂u∂v=∂2z∂v∂u=fxx∂x∂u∂x∂v+fxy(∂x∂u∂y∂v+∂x∂v∂y∂u)+fyy∂y∂u∂y∂v+fx∂2x∂u∂v+fy∂2y∂u∂v
もしくは,
∂2z∂u∂v=∂2z∂v∂u=∂2z∂x2∂x∂u∂x∂v+∂2z∂x∂y(∂x∂u∂y∂v+∂x∂v∂y∂u)+∂2z∂2y∂y∂u∂y∂v+∂z∂x∂2x∂u∂v+∂z∂y∂2y∂u∂v
∂2z∂u∂v=∂∂u(∂z∂v)
=∂∂u(fx∂x∂v+fy∂y∂v)
=∂∂u(∂z∂x∂x∂v+∂z∂y∂y∂v)
=∂∂u(∂z∂x∂x∂v)+∂∂u(∂z∂y∂y∂v)
=∂∂u(∂z∂x)⋅∂x∂v+∂z∂x⋅∂∂u(∂x∂v)+∂∂u(∂z∂y)⋅∂y∂v+∂z∂y⋅∂∂u(∂y∂v)
=∂∂u(∂z∂x)⋅∂x∂v+∂z∂x⋅∂2x∂u∂v+∂∂u(∂z∂y)⋅∂y∂v+∂z∂y⋅∂2y∂u∂v
z が合成関数であるので, ∂z∂x , ∂z∂y も共に合成関数となる.これらを u で偏微分すると,合成関数の偏微分より,
∂∂u(∂z∂x)=∂∂x(∂z∂x)⋅∂x∂u+∂∂y(∂z∂x)⋅∂y∂u
=∂2z∂x2∂x∂u+∂2z∂y∂x∂y∂u
∂∂u(∂z∂y)=∂∂x(∂z∂y)⋅∂x∂u+∂∂y(∂z∂y)⋅∂y∂u
=∂2z∂x∂y∂x∂u+∂2z∂y2∂y∂u
これらを代入して,
∂2z∂u∂v={(∂2z∂x2∂x∂u+∂2z∂y∂x∂y∂u)∂x∂u+∂z∂x∂2x∂u∂v}+{(∂2z∂x∂y∂x∂u+∂2z∂y2∂y∂u)∂y∂u+∂z∂y∂2y∂u∂v}
={∂2z∂x2∂x∂u⋅∂x∂v+∂2z∂y∂x∂y∂u⋅∂x∂v+∂z∂x⋅∂2x∂u∂v}+{∂2z∂x∂y∂x∂u⋅∂y∂v+∂2z∂y2∂y∂u⋅∂y∂v+∂z∂y⋅∂2y∂u∂v}
=fxx∂x∂u∂x∂v+fxy∂y∂u∂x∂v+fx∂2x∂u∂v+fyx∂x∂u∂y∂v+fyy∂y∂u∂y∂v+fy∂2y∂u∂v
偏微分の順序交換が成り立つ,すなわち fxy=fyxより
=fxx∂x∂u∂x∂v+fxy(∂x∂u∂y∂v+∂x∂v∂y∂u)+fyy∂y∂u∂y∂v+fx∂2x∂u∂v+fy∂2y∂u∂v
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学生スタッフ作成
最終更新日:
2023年1月21日