$u=u(x, y)$ であり、$x=r\cos\theta$, $y=r\sin\theta$ のとき、以下の問いに答える。 (1) $\frac{\partial u}{\partial r}, \frac{\partial u}{\partial \theta}$ を $\frac{\partial u}{\partial x}, \frac{\partial u}{\partial y}$ で表す。 (2) $\frac{\partial u}{\partial x}, \frac{\partial u}{\partial y}$ を $\frac{\partial u}{\partial r}, \frac{\partial u}{\partial \theta}$ で表す。 (3) $(\frac{\partial u}{\partial x})^2 + (\frac{\partial u}{\partial y})^2$ と $\frac{\partial^2 u}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 u}{\partial y^2}$ を $\frac{\partial u}{\partial r}, \frac{\partial u}{\partial \theta}$ で表す。
2025/7/4
1. 問題の内容
であり、, のとき、以下の問いに答える。
(1) を で表す。
(2) を で表す。
(3) と を で表す。
2. 解き方の手順
(1)
偏微分の連鎖律より、
ここで、
したがって、
(2)
(1) の結果より、
これらを と について解く。
とおく。
最初の式に をかけ、2番目の式に をかけると
足し合わせると、
同様に、最初の式に をかけ、2番目の式に をかけると
引き算すると、
したがって、
(3)
3. 最終的な答え
(1)
(2)
(3)