与えられた関数 $z$ について、$x$ と $y$ に関する偏導関数 $\frac{\partial z}{\partial x}$ と $\frac{\partial z}{\partial y}$ をそれぞれ求めます。

解析学偏微分多変数関数
2025/7/26
はい、承知いたしました。与えられた6つの関数について、偏微分を求めます。

1. 問題の内容

与えられた関数 zz について、xxyy に関する偏導関数 zx\frac{\partial z}{\partial x}zy\frac{\partial z}{\partial y} をそれぞれ求めます。

2. 解き方の手順

(1) z=x3+y33axyz = x^3 + y^3 - 3axy
* zx=x(x3+y33axy)=3x23ay\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x}(x^3 + y^3 - 3axy) = 3x^2 - 3ay
* zy=y(x3+y33axy)=3y23ax\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y}(x^3 + y^3 - 3axy) = 3y^2 - 3ax
(2) z=x2+y2=(x2+y2)12z = \sqrt{x^2 + y^2} = (x^2 + y^2)^{\frac{1}{2}}
* zx=x(x2+y2)12=12(x2+y2)122x=xx2+y2\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x}(x^2 + y^2)^{\frac{1}{2}} = \frac{1}{2}(x^2 + y^2)^{-\frac{1}{2}} \cdot 2x = \frac{x}{\sqrt{x^2 + y^2}}
* zy=y(x2+y2)12=12(x2+y2)122y=yx2+y2\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y}(x^2 + y^2)^{\frac{1}{2}} = \frac{1}{2}(x^2 + y^2)^{-\frac{1}{2}} \cdot 2y = \frac{y}{\sqrt{x^2 + y^2}}
(3) z=eaxcosbyz = e^{ax} \cos{by}
* zx=x(eaxcosby)=aeaxcosby\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x}(e^{ax} \cos{by}) = a e^{ax} \cos{by}
* zy=y(eaxcosby)=beaxsinby\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y}(e^{ax} \cos{by}) = -b e^{ax} \sin{by}
(4) z=log(x2+y2)z = \log{(x^2 + y^2)}
* zx=x(log(x2+y2))=1x2+y22x=2xx2+y2\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x}(\log{(x^2 + y^2)}) = \frac{1}{x^2 + y^2} \cdot 2x = \frac{2x}{x^2 + y^2}
* zy=y(log(x2+y2))=1x2+y22y=2yx2+y2\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y}(\log{(x^2 + y^2)}) = \frac{1}{x^2 + y^2} \cdot 2y = \frac{2y}{x^2 + y^2}
(5) z=xyz = x^y
* zx=x(xy)=yxy1\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x}(x^y) = yx^{y-1}
* zy=y(xy)=xylogx\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y}(x^y) = x^y \log{x}
(6) z=sin1(xy)z = \sin^{-1}{\left(\frac{x}{y}\right)}
* zx=x(sin1(xy))=11(xy)21y=1y1x2y2=1y2x2\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x}\left(\sin^{-1}{\left(\frac{x}{y}\right)}\right) = \frac{1}{\sqrt{1 - \left(\frac{x}{y}\right)^2}} \cdot \frac{1}{y} = \frac{1}{y \sqrt{1 - \frac{x^2}{y^2}}} = \frac{1}{\sqrt{y^2 - x^2}}
* zy=y(sin1(xy))=11(xy)2(xy2)=xy21x2y2=xyy2x2\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y}\left(\sin^{-1}{\left(\frac{x}{y}\right)}\right) = \frac{1}{\sqrt{1 - \left(\frac{x}{y}\right)^2}} \cdot \left(-\frac{x}{y^2}\right) = -\frac{x}{y^2 \sqrt{1 - \frac{x^2}{y^2}}} = -\frac{x}{y\sqrt{y^2 - x^2}}

3. 最終的な答え

(1) zx=3x23ay\frac{\partial z}{\partial x} = 3x^2 - 3ay, zy=3y23ax\frac{\partial z}{\partial y} = 3y^2 - 3ax
(2) zx=xx2+y2\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{x}{\sqrt{x^2 + y^2}}, zy=yx2+y2\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{y}{\sqrt{x^2 + y^2}}
(3) zx=aeaxcosby\frac{\partial z}{\partial x} = ae^{ax}\cos{by}, zy=beaxsinby\frac{\partial z}{\partial y} = -be^{ax}\sin{by}
(4) zx=2xx2+y2\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{2x}{x^2 + y^2}, zy=2yx2+y2\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{2y}{x^2 + y^2}
(5) zx=yxy1\frac{\partial z}{\partial x} = yx^{y-1}, zy=xylogx\frac{\partial z}{\partial y} = x^y \log{x}
(6) zx=1y2x2\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{1}{\sqrt{y^2 - x^2}}, zy=xyy2x2\frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{x}{y\sqrt{y^2 - x^2}}

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