$x = \log \sqrt{u^2 + v^2}$ の微分を求める問題です。ここでは、$\log$は自然対数(底が $e$)であると仮定します。また、$u$と$v$が独立変数であるかどうかは明記されていませんが、とりあえず、$u$と$v$それぞれで偏微分を計算することにします。

解析学偏微分合成関数の微分対数関数
2025/7/16

1. 問題の内容

x=logu2+v2x = \log \sqrt{u^2 + v^2} の微分を求める問題です。ここでは、log\logは自然対数(底が ee)であると仮定します。また、uuvvが独立変数であるかどうかは明記されていませんが、とりあえず、uuvvそれぞれで偏微分を計算することにします。

2. 解き方の手順

まず、xxを以下のように書き換えます。
x=log(u2+v2)1/2=12log(u2+v2)x = \log (u^2 + v^2)^{1/2} = \frac{1}{2} \log (u^2 + v^2)
次に、uuで偏微分します。
xu=121u2+v22u=uu2+v2\frac{\partial x}{\partial u} = \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{u^2 + v^2} \cdot 2u = \frac{u}{u^2 + v^2}
次に、vvで偏微分します。
xv=121u2+v22v=vu2+v2\frac{\partial x}{\partial v} = \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{u^2 + v^2} \cdot 2v = \frac{v}{u^2 + v^2}
もし、uuvvが何らかの変数ttの関数で、u=u(t)u=u(t)v=v(t)v=v(t)であるならば、合成関数の微分を用いて、
dxdt=xududt+xvdvdt=uu2+v2dudt+vu2+v2dvdt\frac{dx}{dt} = \frac{\partial x}{\partial u}\frac{du}{dt} + \frac{\partial x}{\partial v}\frac{dv}{dt} = \frac{u}{u^2+v^2} \frac{du}{dt} + \frac{v}{u^2+v^2} \frac{dv}{dt}
となります。

3. 最終的な答え

uuに関する偏微分: xu=uu2+v2\frac{\partial x}{\partial u} = \frac{u}{u^2 + v^2}
vvに関する偏微分: xv=vu2+v2\frac{\partial x}{\partial v} = \frac{v}{u^2 + v^2}
ttに関する全微分(uuvvttの関数である場合): dxdt=uu2+v2dudt+vu2+v2dvdt\frac{dx}{dt} = \frac{u}{u^2+v^2} \frac{du}{dt} + \frac{v}{u^2+v^2} \frac{dv}{dt}

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