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z=f(x,y),x=ucosθ−vsinθ, y=usinθ+vcosθ のとき
∂2z∂x2+∂2z∂y2=∂2z∂u2+∂2z∂v2
となることを示せ.
右辺を変形して左辺を導く. x, y を u , v でそれぞれ2回偏微分する. 求めた式を 合成関数の2次偏導関数の公式に 代入する.
x を u で偏微分すると
∂x∂u=cosθ
これを更にu で偏微分すると
∂2x∂u2=∂∂u(∂x∂u)=∂∂u(cosθ)=0
同様の手順で y を u で偏微分をすると
∂y∂u=sinθ
更に, y を u で偏微分する.
∂2y∂u2=∂∂u(∂y∂u)=∂∂u(sinθ)=0
よって,∂2z∂u2 は合成関数の2次偏導関数の公式より
更に, v についても同様に偏微分すると
∂x∂v=−sinθ
∂2x∂v2=∂∂v(∂x∂v)=∂∂v(−sinθ)=0
∂y∂v=cosθ
∂2y∂u2=∂∂u(∂y∂u)=∂∂v(cosθ)=0
よって,∂2z∂v2は合成関数の2次偏導関数の公式より
(1),(2)より
=fxx+fyy
=∂2z∂x2+∂2z∂y2
となる.したがって
∂2z∂x2+∂2z∂y2=∂2z∂u2+∂2z∂v2
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学生スタッフ作成
最終更新日: 2023年9月1日