$z = (r\cos\theta)^2 - 2(r\cos\theta)(r\sin\theta) + (r\sin\theta)^2$ $z = r^2\cos^2\theta - 2r^2\cos\theta\sin\theta + r^2\sin^2\theta$ $z = r^2(\cos^2\theta - 2\cos\theta\sin\theta + \sin^2\theta)$ $z = r^2(1 - 2\cos\theta\sin\theta)$ $z = r^2(1 - \sin 2\theta)$
2025/7/20
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1. 問題の内容
3. $z = x^2 - 2xy + y^2$ かつ $x = r\cos\theta$, $y = r\sin\theta$ のとき、$\frac{\partial z}{\partial r}$ と $\frac{\partial z}{\partial \theta}$ を求めよ。
4. $f(x, y) = \log\sqrt{x^2 + y^2}$ について、$\frac{\partial^2 f}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 f}{\partial y^2}$ を求めよ。
5. $z = f(x, y)$ かつ $x = r\cos\theta$, $y = r\sin\theta$ のとき、次の等式が成り立つことを証明せよ。
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2. 解き方の手順
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3.
1. $z$ を $x$ と $y$ で表された式に $x = r\cos\theta$ と $y = r\sin\theta$ を代入して、$z$ を $r$ と $\theta$ の関数として表す。
2. $\frac{\partial z}{\partial r}$ を計算する。
3. $\frac{\partial z}{\partial \theta}$ を計算する。
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4.
1. $f(x, y) = \log\sqrt{x^2 + y^2}$ を $f(x, y) = \frac{1}{2}\log(x^2 + y^2)$ と書き換える。
2. $\frac{\partial f}{\partial x}$ を計算する。
3. $\frac{\partial^2 f}{\partial x^2}$ を計算する。
4. $\frac{\partial f}{\partial y}$ を計算する。
5. $\frac{\partial^2 f}{\partial y^2}$ を計算する。
6. $\frac{\partial^2 f}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 f}{\partial y^2}$ を計算する。
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5.
1. 連鎖律 (chain rule) を用いる。
2. $\frac{\partial x}{\partial r} = \cos\theta$, $\frac{\partial y}{\partial r} = \sin\theta$, $\frac{\partial x}{\partial \theta} = -r\sin\theta$, $\frac{\partial y}{\partial \theta} = r\cos\theta$ である。
3. 上の結果を代入する。
4. $\left(\frac{\partial z}{\partial r}\right)^2$ を計算する。
5. $\left(\frac{\partial z}{\partial \theta}\right)^2$ を計算する。
6. $\left(\frac{\partial z}{\partial r}\right)^2 + \frac{1}{r^2}\left(\frac{\partial z}{\partial \theta}\right)^2$ を計算する。
よって、 が成り立つ。
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