問題は、$u = u(x, y)$ かつ $x = r \cos\theta$, $y = r \sin\theta$ であるとき、以下の問いに答える問題です。 (1) $\frac{\partial u}{\partial r}$, $\frac{\partial u}{\partial \theta}$ を $\frac{\partial u}{\partial x}$, $\frac{\partial u}{\partial y}$ で表しなさい。 (2) $\frac{\partial u}{\partial x}$, $\frac{\partial u}{\partial y}$ を $\frac{\partial u}{\partial r}$, $\frac{\partial u}{\partial \theta}$ で表しなさい。 (3) $\left(\frac{\partial u}{\partial x}\right)^2 + \left(\frac{\partial u}{\partial y}\right)^2$ と $\frac{\partial^2 u}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 u}{\partial y^2}$ を $\frac{\partial u}{\partial r}$, $\frac{\partial u}{\partial \theta}$, $\frac{\partial^2 u}{\partial r^2}$, $\frac{\partial^2 u}{\partial \theta^2}$ で表しなさい。
2025/7/9
はい、承知いたしました。画像にある数学の問題を解きます。
1. 問題の内容
問題は、 かつ , であるとき、以下の問いに答える問題です。
(1) , を , で表しなさい。
(2) , を , で表しなさい。
(3) と を , , , で表しなさい。
2. 解き方の手順
(1) 合成関数の微分法より、
, より、
, , ,
したがって、
(2) (1)の結果を連立方程式と見て、 と について解きます。
これを行列で表すと、
逆行列を左からかけると、
の行列式は であるので、逆行列は
したがって、
(3)
3. 最終的な答え
(1)
(2)
(3)