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= xy x+y

■答

2 z x 2 = 4y ( x+y ) 3 2 z y 2 = 4x ( x+y ) 3 2 z yx = 2 z xy = 2 xy x+y 3

■ヒント

2次偏導関数 2 z x 2 2 z y 2 2 z yx 2 z xy の4つを求める.

z x z y を計算してから,それぞれを更に x y で偏微分する.

その際,商の微分の公式を用いる.

■解説

z x の計算

z= xy x+y 偏導関数の定義より, y を定数とみなして x で微分する.

z x = x xy x+y

= x ( xy )( x+y )( xy ) x ( x+y ) ( x+y ) 2

= 1·( x+y )( xy )·1 ( x+y ) 2

= ( x+y )( xy ) ( x+y ) 2

= x+yx+y ( x+y ) 2

= 2y ( x+y ) 2  ・・・・・・(1)

z y の計算

z= xy x+y 偏導関数の定義より, x を定数とみなして y で微分する.

z y = y xy x+y

= y ( xy )( x+y )( xy ) y ( x+y ) ( x+y ) 2

= ( 1 )·( x+y )( xy )·1 ( x+y ) 2

= ( x+y )( xy ) ( x+y ) 2

= xyx+y ( x+y ) 2

= 2x ( x+y ) 2  ・・・・・・(2)

2 z x 2 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.

2 z x 2 = x ( z x ) = x 2y x+y 2

= x 2y· ( x+y ) 2 2y· x ( x+y ) 2 { ( x+y ) 2 } 2

= 0· ( xy ) 2 2y·2( x+y ) ( x+y ) 4

= 02y·2( x+y ) ( x+y ) 4

= 4y( x+y ) ( x+y ) 4

= 4y ( x+y ) 3

2 z y 2 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.

2 z y 2 = y ( z y ) = y 2x x+y 2

= y ( 2x )· ( x+y ) 2 ( 2x )· y ( x+y ) 2 { ( x+y ) 2 } 2

= 0· ( x+y ) 2 ( 2x )·2( x+y )·1 ( x+y ) 4

= 0( 2x )·2( x+y ) ( x+y ) 4

= 4x( x+y ) ( x+y ) 4

= 4x ( x+y ) 3

2 z yx 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.

2 z yx = y ( z x )

= y { 2y ( x+y ) 2 }

= y 2y· ( x+y ) 2 2y· y ( x+y ) 2 { ( x+y ) 2 } 2

= 2 ( x+y ) 2 2y·2( x+y ) ( x+y ) 4

= 2 ( x+y ) 2 4y( x+y ) ( x+y ) 4

= 2( x+y )4y ( x+y ) 3

= 2x+2y4y ( x+y ) 3

= 2x2y ( x+y ) 3

= 2( xy ) ( x+y ) 3  ・・・・・・(3)

2 z xy 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.

2 z xy = x ( z y )

= z x { 2x ( x+y ) 2 }

= z x ( 2x ) ( x+y ) 2 ( 2x ) z x { ( x+y ) 2 } { ( x+y ) 2 } 2

= 2 ( x+y ) 2 +2x2( x+y ) ( x+y ) 4

= 2 ( x+y ) 2 +4x( x+y ) ( x+y ) 4

= 2( x+y )+4x ( x+y ) 3

= 2x2y+4x ( x+y ) 3

= 2x2y ( x+y ) 3

= 2( xy ) ( x+y ) 3  ・・・・・・(4)

(3),(4)より

2 z yx = 2 z xy

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.

 

ホーム>>カテゴリー分類>>微分>>偏微分>>問題演習>>2次の偏微分

学生スタッフ作成

最終更新日: 2023年8月30日

[ページトップ]

金沢工業大学

利用規約

google translate (English version)