問題を解くのに必要な知識を確認するにはこのグラフ図を利用してください.

2次の偏微分

■問題

次の関数の第2次偏導関数を求めよ.

z=sin1xy

■答

2zx2=xy3(1xy22)1xy22

2zy2=x3y(1xy22)1xy22

2zyx=2zxy =1(1xy22)1xy22

■ヒント

2次偏導関数2zx22zy22zyx2zxy の4つを求める.

zxzy を計算してから,それぞれを更にxyで偏微分する.

■解説

zx の計算

z=sin1xy偏導関数の定義より, y を定数とみなしてx で微分する.

zx=xsin1xy

=11xy22×x(xy)

=y1xy22

=y(1x2y2)12 ・・・・・・(1)

zy の計算

z=sin1xy偏導関数の定義より, x を定数とみなしてy で微分する.

zy=ycosx2y2

=11(xy)2×x(xy)

=x1x2y2

=x(1x2y2)12 ・・・・・・(2)

2zx2 の計算

(1)を更に, 偏導関数の定義より, y を定数とみなして x で微分する.

2zx2=x(zx)

=x{y(1x2y2)12}

=y(12)(1x2y2)32x(1x2y2)

=12y(1x2y2)32(2xy2)

=xy3(1x2y2)1x2y2

2zy2 の計算

(2)を更に, 偏導関数の定義より, x を定数とみなして y で微分する.

2zy2=y(zy)

=x(12)(1x2y2)32×y(1x2y2)

=12x(1x2y2)32(2x2y)

=x3y(1x2y2)1x2y2

2zyx の計算

(1)を更に,偏導関数の定義より, x を定数とみなして y で微分する.

2zyx=y(zx)

=y{y(1x2y2)12}

積の微分の公式を用いて

=(1x2y2)12+y(12)(1x2y2)32y(1x2y2)

=(1x2y2)12+12y(1x2y2)32×(2x2y)

=1x2y2+x2y2(1x2y2)1x2y2

=1(1x2y2)1x2y2 ・・・・・・(3)

2zxy の計算

(2)を更に,偏導関数の定義より, y を定数とみなして x で微分する.

2zyx=y(zx)

=x{x(1x2y2)12}

=(1x2y2)12+x(12)(1x2y2)32×x(1x2y2)

=(1x2y2)12+12x(1x2y2)32×(2xy2)

=1x2y2+x2y2(1x2y2)1x2y2

=1(1x2y2)1x2y2 ・・・・・・(4)

(3),(4)より

2zyx=2zxy

となり,2次偏導関数は偏微分する順序には無関係であることが確かめられた.

 

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学生スタッフ作成

最終更新日: 2023年8月31日

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