$f: \mathbb{R}^2 \rightarrow \mathbb{R}$, $g: \mathbb{R}^2 \rightarrow \mathbb{R}$ が $\mathbb{R}^2$ 上で $C^2$ 級であり、次の関係式を満たすと仮定する。 $\frac{\partial f}{\partial x} = \frac{\partial g}{\partial y}$, $\frac{\partial g}{\partial x} = - \frac{\partial f}{\partial y}$ (1) $\frac{\partial^2 f}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 f}{\partial y^2} = 0$ を証明せよ。 (2) $r > 0$, $\theta \in \mathbb{R}$ に対して、$\varphi(r, \theta) = r \cos \theta$, $\psi(r, \theta) = r \sin \theta$ とし、$F(r, \theta) = f(\varphi(r, \theta), \psi(r, \theta))$, $G(r, \theta) = g(\varphi(r, \theta), \psi(r, \theta))$ とする。このとき、次の関係式が成り立つことを証明せよ。 $r \frac{\partial F}{\partial r} = \frac{\partial G}{\partial \theta}$, $\frac{1}{r} \frac{\partial F}{\partial \theta} = - \frac{\partial G}{\partial r}$
2025/7/5
1. 問題の内容
, が 上で 級であり、次の関係式を満たすと仮定する。
,
(1) を証明せよ。
(2) , に対して、, とし、, とする。このとき、次の関係式が成り立つことを証明せよ。
,
2. 解き方の手順
(1) 与えられた条件 を で偏微分すると となる。
また、 を で偏微分すると となる。
は 級であるから、 が成り立つ。したがって、
よって、 が示された。
(2) であるから、連鎖律を用いて
同様に、 であるから、
ここで、, を用いると、
したがって、, が示された。
3. 最終的な答え
(1)
(2) ,