与えられた条件の下で、以下の3つの命題を証明する。 (1) $\frac{\partial^2 f}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 f}{\partial y^2} = 0$ (2) $r \frac{\partial F}{\partial r} = \frac{\partial G}{\partial \theta}, \frac{1}{r} \frac{\partial F}{\partial \theta} = -\frac{\partial G}{\partial r}$ ただし、$F(r, \theta) = f(r\cos\theta, r\sin\theta)$, $G(r, \theta) = g(r\cos\theta, r\sin\theta)$, $\frac{\partial f}{\partial x} = \frac{\partial g}{\partial y}, \frac{\partial g}{\partial x} = -\frac{\partial f}{\partial y}$ (3) $\frac{\partial^2 F}{\partial r^2} + \frac{1}{r^2} \frac{\partial^2 F}{\partial \theta^2} + \frac{1}{r} \frac{\partial F}{\partial r} = \frac{\partial^2 f}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 f}{\partial y^2}$ (ただし、$ (r, \theta) \in \mathbb{R}^2 \setminus \{(0, 0)\} $)
2025/7/16
1. 問題の内容
与えられた条件の下で、以下の3つの命題を証明する。
(1)
(2)
ただし、, ,
(3) (ただし、)
2. 解き方の手順
(1)
与えられた条件をとでそれぞれ偏微分すると、
.
したがって、となるため、が成り立つ。
(2)
まず、とをとで偏微分する。
与えられた条件を用いると、
したがって、が成り立つ。
(3)
したがって、
3. 最終的な答え
(1)
(2)
(3)