次の関数 $z$ の偏導関数 $\frac{\partial z}{\partial x}$ と $\frac{\partial z}{\partial y}$ を求めます。 (1) $z = x^3 + 2xy^2 + 3y^3$ (2) $z = \frac{xy}{x-y}$ (3) $z = x^2\sqrt{1-y^2}$ (4) $z = \cos(x^2 + xy)$ (5) $z = xye^{xy}$ (6) $z = x\log(x+y)$ (7) $z = \arcsin(x^2y)$ (8) $z = \arctan(\frac{y}{x})$

解析学偏導関数多変数関数偏微分
2025/7/14
はい、承知いたしました。与えられた関数の偏導関数を求めます。

1. 問題の内容

次の関数 zz の偏導関数 zx\frac{\partial z}{\partial x}zy\frac{\partial z}{\partial y} を求めます。
(1) z=x3+2xy2+3y3z = x^3 + 2xy^2 + 3y^3
(2) z=xyxyz = \frac{xy}{x-y}
(3) z=x21y2z = x^2\sqrt{1-y^2}
(4) z=cos(x2+xy)z = \cos(x^2 + xy)
(5) z=xyexyz = xye^{xy}
(6) z=xlog(x+y)z = x\log(x+y)
(7) z=arcsin(x2y)z = \arcsin(x^2y)
(8) z=arctan(yx)z = \arctan(\frac{y}{x})

2. 解き方の手順

各関数について、xxyy でそれぞれ偏微分を行います。
(1) z=x3+2xy2+3y3z = x^3 + 2xy^2 + 3y^3
zx=3x2+2y2\frac{\partial z}{\partial x} = 3x^2 + 2y^2
zy=4xy+9y2\frac{\partial z}{\partial y} = 4xy + 9y^2
(2) z=xyxyz = \frac{xy}{x-y}
zx=y(xy)xy(xy)2=xyy2xy(xy)2=y2(xy)2\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{y(x-y) - xy}{(x-y)^2} = \frac{xy-y^2 - xy}{(x-y)^2} = \frac{-y^2}{(x-y)^2}
zy=x(xy)xy(1)(xy)2=x2xy+xy(xy)2=x2(xy)2\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{x(x-y) - xy(-1)}{(x-y)^2} = \frac{x^2 - xy + xy}{(x-y)^2} = \frac{x^2}{(x-y)^2}
(3) z=x21y2z = x^2\sqrt{1-y^2}
zx=2x1y2\frac{\partial z}{\partial x} = 2x\sqrt{1-y^2}
zy=x22y21y2=x2y1y2\frac{\partial z}{\partial y} = x^2\frac{-2y}{2\sqrt{1-y^2}} = \frac{-x^2y}{\sqrt{1-y^2}}
(4) z=cos(x2+xy)z = \cos(x^2 + xy)
zx=sin(x2+xy)(2x+y)\frac{\partial z}{\partial x} = -\sin(x^2 + xy)(2x+y)
zy=sin(x2+xy)(x)\frac{\partial z}{\partial y} = -\sin(x^2 + xy)(x)
(5) z=xyexyz = xye^{xy}
zx=yexy+xy2exy=yexy(1+xy)\frac{\partial z}{\partial x} = ye^{xy} + xy^2e^{xy} = ye^{xy}(1+xy)
zy=xexy+x2yexy=xexy(1+xy)\frac{\partial z}{\partial y} = xe^{xy} + x^2ye^{xy} = xe^{xy}(1+xy)
(6) z=xlog(x+y)z = x\log(x+y)
zx=log(x+y)+x1x+y=log(x+y)+xx+y\frac{\partial z}{\partial x} = \log(x+y) + x\frac{1}{x+y} = \log(x+y) + \frac{x}{x+y}
zy=x1x+y=xx+y\frac{\partial z}{\partial y} = x\frac{1}{x+y} = \frac{x}{x+y}
(7) z=arcsin(x2y)z = \arcsin(x^2y)
zx=2xy1(x2y)2=2xy1x4y2\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{2xy}{\sqrt{1-(x^2y)^2}} = \frac{2xy}{\sqrt{1-x^4y^2}}
zy=x21(x2y)2=x21x4y2\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{x^2}{\sqrt{1-(x^2y)^2}} = \frac{x^2}{\sqrt{1-x^4y^2}}
(8) z=arctan(yx)z = \arctan(\frac{y}{x})
zx=11+(yx)2(yx2)=x2x2+y2(yx2)=yx2+y2\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{1}{1+(\frac{y}{x})^2}(-\frac{y}{x^2}) = \frac{x^2}{x^2+y^2}(-\frac{y}{x^2}) = -\frac{y}{x^2+y^2}
zy=11+(yx)2(1x)=x2x2+y2(1x)=xx2+y2\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{1}{1+(\frac{y}{x})^2}(\frac{1}{x}) = \frac{x^2}{x^2+y^2}(\frac{1}{x}) = \frac{x}{x^2+y^2}

3. 最終的な答え

(1) zx=3x2+2y2\frac{\partial z}{\partial x} = 3x^2 + 2y^2, zy=4xy+9y2\frac{\partial z}{\partial y} = 4xy + 9y^2
(2) zx=y2(xy)2\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{-y^2}{(x-y)^2}, zy=x2(xy)2\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{x^2}{(x-y)^2}
(3) zx=2x1y2\frac{\partial z}{\partial x} = 2x\sqrt{1-y^2}, zy=x2y1y2\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{-x^2y}{\sqrt{1-y^2}}
(4) zx=(2x+y)sin(x2+xy)\frac{\partial z}{\partial x} = -(2x+y)\sin(x^2 + xy), zy=xsin(x2+xy)\frac{\partial z}{\partial y} = -x\sin(x^2 + xy)
(5) zx=yexy(1+xy)\frac{\partial z}{\partial x} = ye^{xy}(1+xy), zy=xexy(1+xy)\frac{\partial z}{\partial y} = xe^{xy}(1+xy)
(6) zx=log(x+y)+xx+y\frac{\partial z}{\partial x} = \log(x+y) + \frac{x}{x+y}, zy=xx+y\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{x}{x+y}
(7) zx=2xy1x4y2\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{2xy}{\sqrt{1-x^4y^2}}, zy=x21x4y2\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{x^2}{\sqrt{1-x^4y^2}}
(8) zx=yx2+y2\frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{y}{x^2+y^2}, zy=xx2+y2\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{x}{x^2+y^2}

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