与えられた4つの二変数関数 $F(x, y)$, $G(x, y)$, $H(x, y)$, $K(x, y)$ それぞれについて、$x$ と $y$ に関する偏導関数を計算する。

解析学偏微分多変数関数
2025/7/30

1. 問題の内容

与えられた4つの二変数関数 F(x,y)F(x, y), G(x,y)G(x, y), H(x,y)H(x, y), K(x,y)K(x, y) それぞれについて、xxyy に関する偏導関数を計算する。

2. 解き方の手順

(1) F(x,y)=11+2x2+y2F(x, y) = \frac{1}{1 + 2x^2 + y^2}
Fx=x(1+2x2+y2)1=(1+2x2+y2)2(4x)=4x(1+2x2+y2)2\frac{\partial F}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x} (1 + 2x^2 + y^2)^{-1} = -(1 + 2x^2 + y^2)^{-2} \cdot (4x) = \frac{-4x}{(1 + 2x^2 + y^2)^2}
Fy=y(1+2x2+y2)1=(1+2x2+y2)2(2y)=2y(1+2x2+y2)2\frac{\partial F}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y} (1 + 2x^2 + y^2)^{-1} = -(1 + 2x^2 + y^2)^{-2} \cdot (2y) = \frac{-2y}{(1 + 2x^2 + y^2)^2}
(2) G(x,y)=log(x+y)G(x, y) = \log(x + y)
Gx=xlog(x+y)=1x+y1=1x+y\frac{\partial G}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x} \log(x + y) = \frac{1}{x + y} \cdot 1 = \frac{1}{x + y}
Gy=ylog(x+y)=1x+y1=1x+y\frac{\partial G}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y} \log(x + y) = \frac{1}{x + y} \cdot 1 = \frac{1}{x + y}
(3) H(x,y)=exyH(x, y) = e^{x - y}
Hx=xexy=exy1=exy\frac{\partial H}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x} e^{x - y} = e^{x - y} \cdot 1 = e^{x - y}
Hy=yexy=exy(1)=exy\frac{\partial H}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y} e^{x - y} = e^{x - y} \cdot (-1) = -e^{x - y}
(4) K(x,y)=arctan(yx)K(x, y) = \arctan(\frac{y}{x})
Kx=xarctan(yx)=11+(yx)2(yx2)=11+y2x2(yx2)=x2x2+y2(yx2)=yx2+y2\frac{\partial K}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x} \arctan(\frac{y}{x}) = \frac{1}{1 + (\frac{y}{x})^2} \cdot (-\frac{y}{x^2}) = \frac{1}{1 + \frac{y^2}{x^2}} \cdot (-\frac{y}{x^2}) = \frac{x^2}{x^2 + y^2} \cdot (-\frac{y}{x^2}) = \frac{-y}{x^2 + y^2}
Ky=yarctan(yx)=11+(yx)2(1x)=11+y2x2(1x)=x2x2+y2(1x)=xx2+y2\frac{\partial K}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y} \arctan(\frac{y}{x}) = \frac{1}{1 + (\frac{y}{x})^2} \cdot (\frac{1}{x}) = \frac{1}{1 + \frac{y^2}{x^2}} \cdot (\frac{1}{x}) = \frac{x^2}{x^2 + y^2} \cdot (\frac{1}{x}) = \frac{x}{x^2 + y^2}

3. 最終的な答え

(1) Fx=4x(1+2x2+y2)2\frac{\partial F}{\partial x} = \frac{-4x}{(1 + 2x^2 + y^2)^2}, Fy=2y(1+2x2+y2)2\frac{\partial F}{\partial y} = \frac{-2y}{(1 + 2x^2 + y^2)^2}
(2) Gx=1x+y\frac{\partial G}{\partial x} = \frac{1}{x + y}, Gy=1x+y\frac{\partial G}{\partial y} = \frac{1}{x + y}
(3) Hx=exy\frac{\partial H}{\partial x} = e^{x - y}, Hy=exy\frac{\partial H}{\partial y} = -e^{x - y}
(4) Kx=yx2+y2\frac{\partial K}{\partial x} = \frac{-y}{x^2 + y^2}, Ky=xx2+y2\frac{\partial K}{\partial y} = \frac{x}{x^2 + y^2}

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