偏微分とその値

■問題

次の関数について f x 1 , − 2 と f y 1 , − 2 を求めよ.

f ( x , y ) = x 2 − x y

■答

f x 1 , − 2 = 2 3 , f y 1 , − 2 = − 1 2 3

■ヒント

  1. 平方根を累乗根の指数に変形し,合成関数の微分を行う.
  2. 偏導関数の定義を用いて偏微分する.
  3. 微分後の式に数値を代入する.

■解説

f ( x , y )   を変形すると

f ( x , y ) = x 2 − x y

= ( x 2 − x y ) 1 2

(平方根を累乗根の指数に変形する. 指数が有理数の場合も参照.)

更に, u = x 2 − x y   とおくと

f ( x , y ) = u 1 2

f ( x , y )   を u   で微分し, u = x 2 − x y     を代入する.

d d u f ( x , y ) = 1 2 · u 1 2 − 1

= 1 2 u − 1 2

= 1 2 u (平方根を累乗根の指数に変形する. 指数が有理数の場合も参照.)

= 1 2 x 2 − x y

u を x で偏微分すると

∂ u ∂ x = 2 x − y

よって, z   を x   で偏微分すると

(偏導関数の定義より, y   を定数とみなして x   で微分する.)

d d u f ( x , y ) × ∂ u ∂ x = 1 2 x 2 − x y × ( 2 x − y )

∂ ∂ x f ( x , y ) = 2 x − y 2 x 2 − x y

2 x − y 2 x 2 − x y に     x = 1   ,     y = − 2     を代入する.

f x 1 , − 2 = 2 · 1 − ( − 2 ) 2 1 2 − 1 · ( − 2 )

= 2 + 2 2 1 + 2

= 4 2 3

= 2 3

偏導関数の定義より, x   を定数とみなして y   で微分する.

∂ u ∂ y = − x    

d d u f ( x , y ) × ∂ u ∂ y = 1 2 x 2 − x y × ( − x )

∂ ∂ y f ( x , y ) = − x 2 x 2 − x y

− x 2 x 2 − x y に     x = 1   ,     y = − 2     を代入する.

f y 1 , − 2 = − 1 2 1 2 − 1 ⋅ − 2

= − 1 2 1 + 2

= − 1 2 3

 

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最終更新日: 2025年11月24日