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応用分野: 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

z=f(x,y)x=φ(u,v),y=ψ(u,v) ならば

2zuv=2zvu=fxxxuxv+fxy(xuyv+xvyu)+fyyyuyv+fx2xuv+fy2yuv

もしくは,

2zuv=2zvu=2zx2xuxv+2zxy(xuyv+xvyu)+2z2yyuyv+zx2xuv+zy2yuv

■導出

2zuv=u(zv)

=u(fxxv+fyyv)

=u(zxxv+zyyv)

=u(zxxv)+u(zyyv)

=u(zx)xv+zxu(xv)+u(zy)yv+zyu(yv)

=u(zx)xv+zx2xuv+u(zy)yv+zy2yuv

z合成関数であるので, zx,zy も共に合成関数となる.これらを u偏微分すると,合成関数の偏微分より,

u(zx)=x(zx)xu+y(zx)yu

=2zx2xu+2zyxyu

u(zy)=x(zy)xu+y(zy)yu

=2zxyxu+2zy2yu

これらを代入して,

2zuv={(2zx2xu+2zyxyu)xu+zx2xuv}+{(2zxyxu+2zy2yu)yu+zy2yuv}

={2zx2xuxv+2zyxyuxv+zx2xuv}+{2zxyxuyv+2zy2yuyv+zy2yuv}

=fxxxuxv+fxyyuxv+fx2xuv+fyxxuyv+fyyyuyv+fy2yuv

偏微分の順序交換が成り立つ,すなわち fxy=fyxより

=fxxxuxv+fxy(xuyv+xvyu)+fyyyuyv+fx2xuv+fy2yuv

 

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学生スタッフ作成
最終更新日: 2023年1月21日

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