$z = f(x,y)$ を $R^2$ 上の $C^2$ 級関数とする。また、$u = x + \alpha y$, $v = x + \beta y$ とする ($\alpha \neq \beta$)。 (1) $\frac{\partial z}{\partial u}$ を $\frac{\partial z}{\partial x}$, $\frac{\partial z}{\partial y}$ を用いて表せ。 (2) $\frac{\partial f_v}{\partial u}$ を $\frac{\partial^2 z}{\partial x^2}$, $\frac{\partial^2 z}{\partial x \partial y}$ を用いて表せ。 (3) $\frac{\partial f_v}{\partial v}$ を $\frac{\partial^2 z}{\partial y^2}$, $\frac{\partial^2 z}{\partial x \partial y}$ を用いて表せ。 (4) (1)から(3)を用いて$\frac{\partial^2 z}{\partial u \partial v}$ を $\frac{\partial^2 z}{\partial x^2}$, $\frac{\partial^2 z}{\partial x \partial y}$, $\frac{\partial^2 z}{\partial y^2}$ を用いて表せ。 (5) ここで $\frac{\partial^2 z}{\partial x^2} = \frac{\partial^2 z}{\partial y^2}$ を仮定する。このとき、関数 $z = f(x,y)$ に依存せずに $\frac{\partial^2 z}{\partial u \partial v} = 0$ となる組 $(\alpha, \beta)$ を求めよ。
2025/7/18
1. 問題の内容
を 上の 級関数とする。また、, とする ()。
(1) を , を用いて表せ。
(2) を , を用いて表せ。
(3) を , を用いて表せ。
(4) (1)から(3)を用いて を , , を用いて表せ。
(5) ここで を仮定する。このとき、関数 に依存せずに となる組 を求めよ。
2. 解き方の手順
(1) 合成関数の微分より、
より、。したがって ,
よって
(2) 同様に、
より、。したがって ,
よって
ここで、とおくと、(2)より
より
よって、
(3)
より
よって、
ここから先の問題文は、(2)(3)が誤りであり、以下のように解釈する。
(2) をを用いて表せ。
(3) をを用いて表せ。
(2)
より ではない。
より
よって、
(3)
より ではない。
より
よって、
(4)
より , より
より より , より
級関数なので、
よって、
よって
しかし、という条件があるので、でなければならない。
(5)
と より、
問題文より, である。
より
より
問題文より である。
より
か
もしであれば、かつなので、が0になってしまう。