与えられた3つの2変数関数 $f(x, y)$ を、それぞれ $x$ と $y$ で偏微分する。 (i) $f(x, y) = \log(\cos(xy))$ (ii) $f(x, y) = \arctan(\frac{x}{y})$ (iii) $f(x, y) = x^y$

解析学偏微分多変数関数対数関数逆正接関数
2025/7/23

1. 問題の内容

与えられた3つの2変数関数 f(x,y)f(x, y) を、それぞれ xxyy で偏微分する。
(i) f(x,y)=log(cos(xy))f(x, y) = \log(\cos(xy))
(ii) f(x,y)=arctan(xy)f(x, y) = \arctan(\frac{x}{y})
(iii) f(x,y)=xyf(x, y) = x^y

2. 解き方の手順

(i) f(x,y)=log(cos(xy))f(x, y) = \log(\cos(xy))
xx で偏微分:
fx=1cos(xy)(sin(xy))y=ysin(xy)cos(xy)=ytan(xy)\frac{\partial f}{\partial x} = \frac{1}{\cos(xy)} \cdot (-\sin(xy)) \cdot y = -y\frac{\sin(xy)}{\cos(xy)} = -y \tan(xy)
yy で偏微分:
fy=1cos(xy)(sin(xy))x=xsin(xy)cos(xy)=xtan(xy)\frac{\partial f}{\partial y} = \frac{1}{\cos(xy)} \cdot (-\sin(xy)) \cdot x = -x\frac{\sin(xy)}{\cos(xy)} = -x \tan(xy)
(ii) f(x,y)=arctan(xy)f(x, y) = \arctan(\frac{x}{y})
xx で偏微分:
fx=11+(xy)21y=11+x2y21y=y2y2+x21y=yx2+y2\frac{\partial f}{\partial x} = \frac{1}{1 + (\frac{x}{y})^2} \cdot \frac{1}{y} = \frac{1}{1 + \frac{x^2}{y^2}} \cdot \frac{1}{y} = \frac{y^2}{y^2 + x^2} \cdot \frac{1}{y} = \frac{y}{x^2 + y^2}
yy で偏微分:
fy=11+(xy)2(xy2)=y2y2+x2(xy2)=xx2+y2\frac{\partial f}{\partial y} = \frac{1}{1 + (\frac{x}{y})^2} \cdot (-\frac{x}{y^2}) = \frac{y^2}{y^2 + x^2} \cdot (-\frac{x}{y^2}) = -\frac{x}{x^2 + y^2}
(iii) f(x,y)=xyf(x, y) = x^y
xx で偏微分:
fx=yxy1\frac{\partial f}{\partial x} = y x^{y-1}
yy で偏微分:
fy=xylog(x)\frac{\partial f}{\partial y} = x^y \log(x)

3. 最終的な答え

(i) f(x,y)=log(cos(xy))f(x, y) = \log(\cos(xy))
fx=ytan(xy)\frac{\partial f}{\partial x} = -y \tan(xy)
fy=xtan(xy)\frac{\partial f}{\partial y} = -x \tan(xy)
(ii) f(x,y)=arctan(xy)f(x, y) = \arctan(\frac{x}{y})
fx=yx2+y2\frac{\partial f}{\partial x} = \frac{y}{x^2 + y^2}
fy=xx2+y2\frac{\partial f}{\partial y} = -\frac{x}{x^2 + y^2}
(iii) f(x,y)=xyf(x, y) = x^y
fx=yxy1\frac{\partial f}{\partial x} = y x^{y-1}
fy=xylog(x)\frac{\partial f}{\partial y} = x^y \log(x)

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