偏微分の基礎

偏微分の基礎

■問題

次の関数を偏微分せよ.

z= tan −1 x y

■答

∂z ∂x = 1 2 x+y x y

∂z ∂y =− x y 2 x+y

■ヒント

合成関数の微分を用いて偏微分する.
微分の際は tan −1 x  の微分の公式を用いる.

定義域は, x y ≥0 より, x≥0 y>0 および x≤0 y<0 である.

■解説

z= tan −1 x y である. を以下のような合成関数と考える.

z= tan −1 u

u= v = v 1 2

v= x y

dz du , du dv , ∂v ∂x , ∂v ∂y を計算する.

dz du = 1 1+ u 2

du dv = 1 2 v − 1 2 = 1 2 v

∂v ∂x = 1 y

∂v ∂y =− x y 2

以上より

∂z ∂x = dz du du dv ∂v ∂x = 1 1+ u 2 1 2 v 1 y = 1 1+ x y 1 2 x y 1 y = 1 2 x+y x y

∂z ∂y = dz du du dv ∂v ∂y = 1 1+ u 2 1 2 v − x y 2 = 1 1+ x y 1 2 x y − x y 2 =− x y 2 x+y

となる.

【参考】

x≤0 y<0 の場合,以下の微分は注意が必要である.

∂ ∂x x y = ∂ ∂x −x −y = ∂ ∂x −x −y = 1 −y 1 2 1 −x −1 =− 1 2 xy =− 1 2 −x −y =− 1 2 −x −y −y −y =− 1 2 −y −x −y = 1 2y x y

∂ ∂y x y = ∂ ∂x −x −y = ∂ ∂x −x −y = −x − 1 2 1 −y −y −1 =− −x 2y −y =− 1 2y x y =− 1 2y x y x y x y =− 1 2y x y 1 x y =− x 2 y 2 x y

 

ホーム>>カテゴリー分類>>微分>>偏微分>>問題演習>>微分の基礎

学生スタッフ作成

最終更新日: 2023年9月5日