第14题
设 $z=f(2x-y,y\sin x)$,其中函数 $f$ 具有连续的二阶偏导数,计算 $\dfrac{\partial z}{\partial x}$,$\dfrac{\partial^2 z}{\partial x\partial y}$。
答案
$\dfrac{\partial z}{\partial x}=2f_1'+y\cos x\,f_2'$;$\dfrac{\partial^2 z}{\partial x\partial y}=-2f_{11}''+(2\sin x-y\cos x)f_{12}''+y\sin x\cos x\,f_{22}''+\cos x\,f_2'$
📖 前置知识梳理
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要点1(红色标注):多元复合函数求偏导的链式法则。总则:$\frac{\partial(\text{函数})}{\partial(\text{自})} = \sum_{\text{中}} \frac{\partial(\text{函数})}{\partial(\text{中})} \cdot \frac{\partial(\text{中})}{\partial(\text{自})}$。对于 $z=f(u,v)$,$u=\varphi(x,y)$,$v=\psi(x,y)$,有 $\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{\partial f}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial x} + \frac{\partial f}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial x}$,$\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{\partial f}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial y} + \frac{\partial f}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial y}$。要点2(红色标注):抽象复合函数求偏导的简便记法——$f(u,v)$,记 $f_u=f_1'$,$f_v=f_2'$,$f_{uv}=f_{12}''$ 等。注意:若 $f(u,v)$ 是 $u,v$ 的函数,则 $f_1'$ 和 $f_2'$ 仍然保持与 $f$ 相同的复合结构。
📋 解题步骤
1
一阶偏导数
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$\dfrac{\partial z}{\partial x}=2f_1'+y\cos x\,f_2'$。
2
对 $y$ 求偏导
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$\dfrac{\partial^2 z}{\partial x\partial y}=2\left(-f_{11}''+f_{12}''\sin x\right)+\cos x\,f_2'+y\cos x\left(-f_{21}''+f_{22}''\sin x\right)$。
3
合并同类项
▼
因 $f$ 具有连续二阶偏导,$f_{12}''=f_{21}''$,整理得 $-2f_{11}''+(2\sin x-y\cos x)f_{12}''+y\sin x\cos x\,f_{22}''+\cos x\,f_2'$。
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