1. 次の関数の偏導関数を求めよ。 (1) $x^3 - 2xy + y^2$ (2) $\frac{1}{xy}$ (3) $\frac{x}{y}$ (4) $\frac{1}{x^2 - y^2}$ (5) $\sqrt{2x + 3y}$ (6) $e^{2x+3y}$ (7) $\sin(2x + 3y)$ (8) $\cos(ax^2 + by^2)$ (9) $(x-y) \log(x+y)$

解析学偏導関数接平面多変数関数微分
2025/7/29
はい、承知しました。数学の問題を解いていきます。

1. 問題の内容

1. 次の関数の偏導関数を求めよ。

(1) x32xy+y2x^3 - 2xy + y^2
(2) 1xy\frac{1}{xy}
(3) xy\frac{x}{y}
(4) 1x2y2\frac{1}{x^2 - y^2}
(5) 2x+3y\sqrt{2x + 3y}
(6) e2x+3ye^{2x+3y}
(7) sin(2x+3y)\sin(2x + 3y)
(8) cos(ax2+by2)\cos(ax^2 + by^2)
(9) (xy)log(x+y)(x-y) \log(x+y)

2. 次の接平面の方程式を求めよ。

(1) z=x2+y2z = x^2 + y^2 の点 (1,1,2)(1, 1, 2) における接平面。
(2) z=x2y2z = x^2 - y^2 の点 (2,1,3)(2, 1, 3) における接平面。

2. 解き方の手順

1. 偏導関数を求める問題

各関数について、xx に関する偏微分 zx\frac{\partial z}{\partial x}yy に関する偏微分 zy\frac{\partial z}{\partial y} を計算します。
(1) z=x32xy+y2z = x^3 - 2xy + y^2
zx=3x22y\frac{\partial z}{\partial x} = 3x^2 - 2y
zy=2x+2y\frac{\partial z}{\partial y} = -2x + 2y
(2) z=1xy=(xy)1z = \frac{1}{xy} = (xy)^{-1}
zx=1(xy)2y=1x2y\frac{\partial z}{\partial x} = -1(xy)^{-2} \cdot y = -\frac{1}{x^2y}
zy=1(xy)2x=1xy2\frac{\partial z}{\partial y} = -1(xy)^{-2} \cdot x = -\frac{1}{xy^2}
(3) z=xyz = \frac{x}{y}
zx=1y\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{1}{y}
zy=xy2\frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{x}{y^2}
(4) z=1x2y2=(x2y2)1z = \frac{1}{x^2 - y^2} = (x^2 - y^2)^{-1}
zx=1(x2y2)22x=2x(x2y2)2\frac{\partial z}{\partial x} = -1(x^2 - y^2)^{-2} \cdot 2x = -\frac{2x}{(x^2 - y^2)^2}
zy=1(x2y2)2(2y)=2y(x2y2)2\frac{\partial z}{\partial y} = -1(x^2 - y^2)^{-2} \cdot (-2y) = \frac{2y}{(x^2 - y^2)^2}
(5) z=2x+3y=(2x+3y)12z = \sqrt{2x + 3y} = (2x + 3y)^{\frac{1}{2}}
zx=12(2x+3y)122=12x+3y\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{1}{2}(2x + 3y)^{-\frac{1}{2}} \cdot 2 = \frac{1}{\sqrt{2x + 3y}}
zy=12(2x+3y)123=322x+3y\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{1}{2}(2x + 3y)^{-\frac{1}{2}} \cdot 3 = \frac{3}{2\sqrt{2x + 3y}}
(6) z=e2x+3yz = e^{2x+3y}
zx=2e2x+3y\frac{\partial z}{\partial x} = 2e^{2x+3y}
zy=3e2x+3y\frac{\partial z}{\partial y} = 3e^{2x+3y}
(7) z=sin(2x+3y)z = \sin(2x + 3y)
zx=2cos(2x+3y)\frac{\partial z}{\partial x} = 2\cos(2x + 3y)
zy=3cos(2x+3y)\frac{\partial z}{\partial y} = 3\cos(2x + 3y)
(8) z=cos(ax2+by2)z = \cos(ax^2 + by^2)
zx=2axsin(ax2+by2)\frac{\partial z}{\partial x} = -2ax\sin(ax^2 + by^2)
zy=2bysin(ax2+by2)\frac{\partial z}{\partial y} = -2by\sin(ax^2 + by^2)
(9) z=(xy)log(x+y)z = (x - y) \log(x+y)
zx=log(x+y)+(xy)1x+y=log(x+y)+xyx+y\frac{\partial z}{\partial x} = \log(x+y) + (x-y)\frac{1}{x+y} = \log(x+y) + \frac{x-y}{x+y}
zy=log(x+y)+(xy)1x+y(1)=log(x+y)xyx+y\frac{\partial z}{\partial y} = -\log(x+y) + (x-y)\frac{1}{x+y}(-1) = -\log(x+y) - \frac{x-y}{x+y}

2. 接平面の方程式を求める問題

接平面の方程式は次の式で与えられます。
zz0=zx(x0,y0)(xx0)+zy(x0,y0)(yy0)z - z_0 = \frac{\partial z}{\partial x}(x_0, y_0)(x - x_0) + \frac{\partial z}{\partial y}(x_0, y_0)(y - y_0)
(1) z=x2+y2z = x^2 + y^2、点 (1,1,2)(1, 1, 2)
zx=2x\frac{\partial z}{\partial x} = 2x
zy=2y\frac{\partial z}{\partial y} = 2y
(1,1)(1, 1) における偏微分係数は、
zx(1,1)=2(1)=2\frac{\partial z}{\partial x}(1, 1) = 2(1) = 2
zy(1,1)=2(1)=2\frac{\partial z}{\partial y}(1, 1) = 2(1) = 2
したがって、接平面の方程式は
z2=2(x1)+2(y1)z - 2 = 2(x - 1) + 2(y - 1)
z2=2x2+2y2z - 2 = 2x - 2 + 2y - 2
z=2x+2y2z = 2x + 2y - 2
(2) z=x2y2z = x^2 - y^2、点 (2,1,3)(2, 1, 3)
zx=2x\frac{\partial z}{\partial x} = 2x
zy=2y\frac{\partial z}{\partial y} = -2y
(2,1)(2, 1) における偏微分係数は、
zx(2,1)=2(2)=4\frac{\partial z}{\partial x}(2, 1) = 2(2) = 4
zy(2,1)=2(1)=2\frac{\partial z}{\partial y}(2, 1) = -2(1) = -2
したがって、接平面の方程式は
z3=4(x2)2(y1)z - 3 = 4(x - 2) - 2(y - 1)
z3=4x82y+2z - 3 = 4x - 8 - 2y + 2
z=4x2y3z = 4x - 2y - 3

3. 最終的な答え

1. 偏導関数:

(1) zx=3x22y\frac{\partial z}{\partial x} = 3x^2 - 2y, zy=2x+2y\frac{\partial z}{\partial y} = -2x + 2y
(2) zx=1x2y\frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{1}{x^2y}, zy=1xy2\frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{1}{xy^2}
(3) zx=1y\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{1}{y}, zy=xy2\frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{x}{y^2}
(4) zx=2x(x2y2)2\frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{2x}{(x^2 - y^2)^2}, zy=2y(x2y2)2\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{2y}{(x^2 - y^2)^2}
(5) zx=12x+3y\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{1}{\sqrt{2x + 3y}}, zy=322x+3y\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{3}{2\sqrt{2x + 3y}}
(6) zx=2e2x+3y\frac{\partial z}{\partial x} = 2e^{2x+3y}, zy=3e2x+3y\frac{\partial z}{\partial y} = 3e^{2x+3y}
(7) zx=2cos(2x+3y)\frac{\partial z}{\partial x} = 2\cos(2x + 3y), zy=3cos(2x+3y)\frac{\partial z}{\partial y} = 3\cos(2x + 3y)
(8) zx=2axsin(ax2+by2)\frac{\partial z}{\partial x} = -2ax\sin(ax^2 + by^2), zy=2bysin(ax2+by2)\frac{\partial z}{\partial y} = -2by\sin(ax^2 + by^2)
(9) zx=log(x+y)+xyx+y\frac{\partial z}{\partial x} = \log(x+y) + \frac{x-y}{x+y}, zy=log(x+y)xyx+y\frac{\partial z}{\partial y} = -\log(x+y) - \frac{x-y}{x+y}

2. 接平面の方程式:

(1) z=2x+2y2z = 2x + 2y - 2
(2) z=4x2y3z = 4x - 2y - 3

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