Как найти частную производную по аргументу

Как найти частную производную по аргументу

Простое объяснение принципов решения частных производных и 10 наглядных примеров. В каждом примере поэтапный ход решения и ответ.

Алгоритм решения частных производных

Вычисление частной производной функции из нескольких переменных осуществляется по тем же правилам, что и функций с одной переменной. Разница лишь той, что другие переменные не участвуют дифференцировании (вычислении производной).

Проще говоря, чтобы найти частную производную функции z = x^{8} + 32y^{4} по переменной x,переменную y будем считать константой (производная константы равна нулю), после чего находим производную функции по x с помощью таблицы производных элементарных функций – {z_{x}}' = 8x^{7}. Готово!

Нужна помощь в написании работы?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена работы

Примеры решения частных производных

Задача

Найти частные производные функции u = x^{2} + 3xy + 4y^{2}.

Решение

Частная производная функции по независимой переменной x:

Производная суммы равна сумме производных. Производная от x^{2} вычисляется по правилам вычислений производных функций одного аргумента, производная от слагаемого 3xy вычисляется как производная от функции двух аргументов. При этом аргумент y считается константой. Производная от слагаемого 4y^{2} вычисляется как производная от константы.

frac{partial{u}}{partial{x}} = (x^{2})' + (3xy)' + (4y^{2})' = 2x + 3y + 0 = 2x + 3y.

Частная производная функции по независимой переменной y:

Здесь вычисления также происходят по правилам вычисления производной суммы. Производная от x^{2} вычисляется как производная от константы (независимым аргументом при этом считается y). Производная от слагаемого 3xy вычисляется как производная от функции двух аргументов. При этом аргумент x считается константой, а y – независимым аргументом. Вычисление производной от слагаемого 4y^{2} осуществляется по правилам вычисления производных функций с одним аргументом.

frac{partial{u}}{partial{y}} = (x^{2})' + (3xy)' + (4y^{2})' = 0 + 3x + 8y = 3x + 8y.

Ответ

frac{partial{u}}{partial{x}} = 2x + 3y, frac{partial{u}}{partial{y}} = 3x + 8y.

Задача

Найти частные производные функции u = e^{frac{x}{y}}.

Решение

Найдём частную производную функции по независимой переменной x:

Функция e^{frac{x}{y}} является сложной. Производной показательной функции с основанием e является сама функция. Производная показателя степени вычисляется в при условии, что y является константой и равна u = frac{1}{y}. Производная функции u равна произведению e^{frac{x}{y}} и frac{1}{y}. В результате получаем:

{u_{x}}' = frac{1}{y}e^{frac{x}{y}}.

Найдём частную производную функции по независимой переменной y:

По аналогии с предыдущим случаем производная функции будет равна произведению производных от функции e^{frac{x}{y}} и показателя её степени frac{x}{y}:

Считая x постоянной величиной, находим производную по независимому аргументу y:

(e^{frac{x}{y}})' = e^{frac{x}{y}}

(frac{x}{y})' = -frac{x}{y^{2}}

{u_{y}}' = -frac{x}{y^{2}}e^{frac{x}{y}}.

Ответ

{u_{x}}' = frac{1}{y}e^{frac{x}{y}}, {u_{y}}' = -frac{x}{y^{2}}e^{frac{x}{y}}.

Задача

Найти частные производные функции z = x^{n} + y^{n}, n - натуральное число.

Решение

Частная производная функции по независимой переменной x будет равна производной от x^{n}. Производная от слагаемого y^{n} при этом будет равна нулю как производная от константы.

frac{partial{z}}{partial{x}} = nx^{n-1}

Частная производная функции по независимой переменной y находится аналогичным образом, при этом предполагается, что x является константой.

frac{partial{z}}{partial{y}} = ny^{n-1}

Ответ

frac{partial{z}}{partial{x}} = nx^{n-1}, frac{partial{z}}{partial{y}} = ny^{n-1}

Задача

Найти частные производные функции u = ysin{x} + sin{y}.

Решение

Частная производная функции u по независимой переменной x определяется слагаемым u = ysin{x}. Производная второго слагаемого – sin{y} равна нулю, как производная от константы.

frac{partial{u}}{partial{x}} = ycos{x}

В свою очередь, частная производная функции u по независимой переменной y будет определяться обоими слагаемым:

{(ysin{x})_y}' = sin{x}

{(sin{y})_y}' = cos{y}

Таким образом, окончательно получаем:

frac{partial{u}}{partial{y}} = sin{x} + cos{y}

Ответ

frac{partial{u}}{partial{x}} = ycos{x}, frac{partial{u}}{partial{y}} = sin{x} + cos{y}

Задача

Найти частные производные функции u = x^{sin{y}}, x > 0.

Решение

При нахождении производной по независимой переменной x, функцию u = x^{sin{y}} следует рассматривать как степенную. По правилу нахождения производной степенной функции получаем:

frac{partial{u}}{partial{x}} = sin{y}cdot{x^{sin{y} - 1}}

Производная по независимой переменной y находится по правилу вычисления производной показательной функции, которая, в свою очередь, определяется по правилам нахождения производных сложных функций, т.к. переменная y входит в показатель степени виде функции sin{x}.

Производная показательной функции равна:

{(x^{sin{y}})_{y}}' = x^{sin{y}}cdot{ln{x}}

Производная показателя степени равна:

{(sin{y})}' = cos{y}

В результате получаем:

frac{partial{u}}{partial{y}} = x^{sin{y}}cdot{ln{x}}cdot{cos{y}}

Ответ

frac{partial{u}}{partial{x}} = sin{y}cdot{x^{sin{y} - 1}}, frac{partial{u}}{partial{y}} = x^{sin{y}}cdot{ln{x}}cdot{cos{y}}

Задача

Найти частные производные функции z = e^{x}cos{y} - e^{y}sin{x}.

Решение

Частная производная по независимой переменной x находится как сумма слагаемых:

{(e^{x}cos{y})_{x}}' = e^{x}cos{y}

{(- e^{y}sin{x})_{x}}' = - e^{y}cos{x}

Частная производная по независимой переменной y находится как сумма слагаемых:

{(e^{x}cos{y})_{y}}' = -e^{x}sin{y}

{(- e^{y}sin{x})_{y}}' = - e^{y}sin{x}

Ответ

frac{partial{z}}{partial{x}} = e^{x}cos{y} - e^{y}cos{x}, frac{partial{z}}{partial{y}} = -e^{x}sin{y} - e^{y}sin{x}

Задача

Найти частные производные функции z = sqrt{x^{2} + y^{2}}.

Решение

По правилу нахождения производной квадратного корня получаем, рассматривая x как независимый аргумент:

{(sqrt{x^{2} + y^{2}})_{x}}' = frac{x}{sqrt{x^{2} + y^{2}}}

Т.к. функция является сложной, то результат вычисления производной от квадратного корня – frac{1}{2sqrt{x^{2} + y^{2}}} следует домножить на производную подкоренного выражения: {({x^{2} + y^{2}})_{x}}' = 2x.

Рассматривая y в качестве независимого аргумента, получаем:

{(sqrt{x^{2} + y^{2}})_{y}}' = frac{y}{sqrt{x^{2} + y^{2}}}

По аналогии с предыдущим случаем, результат вычисления производной от квадратного корня – frac{1}{2sqrt{x^{2} + y^{2}}} следует домножить на производную подкоренного выражения: {({x^{2} + y^{2}})_{y}}' = 2y.

Ответ

frac{partial{z}}{partial{x}} = frac{x}{sqrt{x^{2} + y^{2}}}, frac{partial{z}}{partial{y}} = frac{y}{sqrt{x^{2} + y^{2}}}

Задача

Найти частные производные функции z = e^{arctg {frac{y}{x}}}.

Решение

Данная функция является сложной, поэтому процесс нахождения производной данной функции целесообразно производить в несколько этапов.

Производная показательной функции с основанием e равна самой себе. Далее необходимо найти производную показателя степени: arctg {frac{y}{x}}. В свою очередь аргумент функции арктангенс в данном случае также представляет собой сложную функцию: frac{y}{x}. Результирующая производная будет равна произведению производных трёх функций: e^{arctg {frac{y}{x}}}, arctg {frac{y}{x}} и frac{y}{x}.

Нахождение частной производной функции по аргументу x:

frac{partial{z}}{partial{x}} = e^{arctg {frac{y}{x}}}cdot{(arctg {frac{y}{x}})_{x}}'cdot{({frac{y}{x}})_{x}}' = e^{arctg {frac{y}{x}}}cdot{frac{1}{1+({frac{y}{x}})^2}}cdot{frac{-y}{x^{2}}} = e^{arctg {frac{y}{x}}}cdot{frac{1}{frac{x^{2}+y^{2}}{x^{2}}}}cdot{frac{-y}{x^{2}}} = e^{arctg {frac{y}{x}}}cdot{frac{x^{2}}{x^{2}+y^{2}}}cdot{frac{-y}{x^{2}}} = - e^{arctg {frac{y}{x}}}cdot{frac{y}{x^{2} + y^{2}}}

Нахождение частной производной функции по аргументу y:

frac{partial{z}}{partial{y}} = e^{arctg {frac{y}{x}}}cdot{(arctg {frac{y}{x}})_{y}}'cdot{({frac{y}{x}})_{y}}' = e^{arctg {frac{y}{x}}}cdot{frac{1}{1+({frac{y}{x}})^2}}cdot{frac{1}{x}} = e^{arctg {frac{y}{x}}}cdot{frac{1}{frac{x^{2}+y^{2}}{x^{2}}}}cdot{frac{1}{x}} = e^{arctg {frac{y}{x}}}cdot{frac{x^{2}}{x^{2}+y^{2}}}cdot{frac{1}{x}} = e^{arctg {frac{y}{x}}}cdot{frac{x}{x^{2} + y^{2}}}

Ответ

frac{partial{z}}{partial{x}} = - e^{arctg {frac{y}{x}}}cdot{frac{y}{x^{2} + y^{2}}}, frac{partial{z}}{partial{y}} = e^{arctg {frac{y}{x}}}cdot{frac{x}{x^{2} + y^{2}}}

Задача

Найти частные производные первого и второго порядков функции z = xsin(x +y).

Решение

Найдём частную производную первого порядка по аргументу x:

frac{partial{z}}{partial{x}} = sin(x + y) + xcos(x + y)

Найдём частную производную второго порядка по аргументу x:

frac{partial^{2}{z}}{partial{x}^{2}} = cos(x + y) + cos(x + y) - xsin(x +y)

Найдём частную производную первого порядка по аргументу y:

frac{partial{z}}{partial{y}} = xcos(x + y)

Найдём частную производную второго порядка по аргументу y:

frac{partial^{2}{z}}{partial{y}^{2}} = -xsin(x +y)

Ответ

frac{partial{z}}{partial{x}} = sin(x + y) + xcos(x + y), frac{partial^{2}{z}}{partial{x}^{2}} = 2cos(x + y) - xsin(x +y), frac{partial{z}}{partial{y}} = xcos(x + y), frac{partial^{2}{z}}{partial{y}^{2}} = -xsin(x +y)

Задача

Найти частные производные первого и второго порядков функции z = (frac{x}{y})^{2}.

Решение

Найдём частную производную первого порядка по аргументу x:

frac{partial{z}}{partial{x}} = 2cdot{frac{x}{y}}cdot{frac{1}{y}}

Найдём частную производную второго порядка по аргументу x:

frac{partial^{2}{z}}{partial{x}^{2}} = frac{2}{y^{2}}

Найдём частную производную первого порядка по аргументу y:

frac{partial{z}}{partial{y}} = 2cdot{frac{x}{y}}cdot{frac{-x}{y^{2}}} = -frac{2x^{2}}{y^{3}}

Найдём частную производную второго порядка по аргументу y:

frac{partial^{2}{z}}{partial{y}^{2}} = frac{6x^{2}y^{2}}{y^{6}} = frac{6x^{2}}{y^{4}}

Ответ

frac{partial{z}}{partial{x}} = frac{2x}{y^{2}}, frac{partial^{2}{z}}{partial{x}^{2}} = frac{2}{y^{2}}, frac{partial{z}}{partial{y}} = -frac{2x^{2}}{y^{3}}, frac{partial^{2}{z}}{partial{y}^{2}} = frac{6x^{2}}{y^{4}}

Источник

Чтобы понять частные производные, сначала нужно разобраться с обычными. И не нужно ничего искать: в нашей отдельной статье мы уже подготовили все для того, чтобы у вас это получилось. А сейчас речь пойдет о частных производных.

Добро пожаловать на наш телеграм-канал за полезной рассылкой и актуальными студенческими новостями.

Функция двух и более переменных

Прежде чем говорить о частных производных, нужно затронуть понятие функции нескольких переменных, без которого нет смысла в частной производной. В школе мы привыкли иметь дело с функциями одной переменной: 

Функция двух и более переменных

Производными таких функций мы и считали раньше. График функции одной переменной представляет собой линию на плоскости: прямую, параболу, гиперболу и т.д.

А что, если добавить еще одну переменную? Получится такая функция:

Функция двух и более переменных

Это – функция двух независимых переменных x и y. График такой функции представляет собой поверхность в трехмерном пространстве: шар, гиперболоид, параболоид или еще какой-нибудь сферический конь в вакууме. Частные производные функции z по иксу и игреку соответственно записываются так:

Функция двух и более переменных

Существуют также функции трех и более переменных. Правда, график такой функции нарисовать невозможно: для этого понадобилось бы как минимум четырехмерное пространство, которое невозможно изобразить.

Частная производная первого порядка

Запоминаем главное правило:

При вычислении частной производной по одной из переменных, вторая переменная принимается за константу. В остальном правила вычисления производной не меняются.

То есть, частная производная по сути ничем не отличается от обычной. Так что, держите перед глазами таблицу производных элементарных функций и правила вычисления обычных производных. Рассмотрим пример, чтобы стало совсем понятно. Допустим, нужно вычислить частные производные первого порядка следующей функции:

Частная производная первого порядка

Сначала возьмем частную производную по иксу, считая игрек обычным числом:

Частная производная первого порядка

Теперь считаем частную производную по игреку, принимая икс за константу:

Частная производная первого порядка

Как видите, ничего сложного в этом нет, а успех с более сложными примерами – лишь дело практики.

Частная производная второго порядка

Как находится частная производная второго порядка? Так же, как и первого. Чтобы найти частные производные второго порядка, нужно просто взять производную от производной первого порядка. Вернемся к примеру выше и посчитаем частные производные второго порядка.

По иксу:

Частная производная второго порядка

По игреку:

Частная производная второго порядка

Частные производные третьего и высших порядков не отличаются по принципу вычисления. Систематизируем правила:

  1. При дифференцировании по одной независимой переменной, вторая принимается за константу.
  2. Производная второго порядка – это производная от производной первого порядка. Третьего порядка – производная от производной второго порядка и т.д.

Частные производные и полный дифференциал функции

Частый вопрос в практических заданиях – нахождение полного дифференциала функции. Для функции нескольких переменных полный дифференциал определяется, как главная линейная часть малого полного приращения функции относительно приращений аргументов.

Определение звучит громоздко, но с буквами все проще. Полный дифференциал первого порядка функции нескольких переменных выглядит так:

Частные производные и полный дифференциал функции

Зная, как считаются частные производные, нет никакой проблемы вычислить и полный дифференциал.

Частные производные – не такая уж и бесполезная тема. Например, дифференциальные уравнения в частных производных второго порядка широко используются для математического описания реальных физических процессов.

Здесь мы дали лишь общее, поверхностное представление о частных производных первого и второго порядка. Вас интересует эта тема или остались конкретные вопросы? Задавайте их в комментариях и обращайтесь к экспертам профессионального студенческого сервиса за квалифицированной и скорой помощью в учебе. С нами вы не останетесь один на один с проблемой!

Иван

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Источник

36.
Частные производные ФНП, их нахождение.
Частные производные ФДП, их геометрический
смысл. Примеры.

Частные
производные

Частной
производной по x функции z
= f(x,y) в
точке A(x0,y0)
называется предел отношения частного
приращения по x функции
в точке A к
приращению ∆x при
стремлении ∆x к
нулю. 
Частные
производные функции z(x,y) находятся
по следующим формулам:  Вторые
частные производные функции z(x,y) находятся
по формулам: 
 

Смешанные
частные производные функции z(x,y) находятся
по формулам: 

Частные
производные функции нескольких переменных

Ели
одному из аргументов функции z
= f(x,y) придать
приращение, а другой аргумент не изменять,
то функция получит частное
приращение по одному из аргументов: –
эточастное приращение функции z по
аргументу x;  –
это частное приращение функции z по
аргументу у. 
Частной
производной функции нескольких
переменных по
одному из её аргументов называется
предел отношения частного приращения
функции по этому аргументу к соответствующему
приращению аргумента при условии, что
приращение аргумента стремится к
нулю: 
 –
это частная производная функции z по
аргументу x; 
 –
это частная производная функции z по
аргументу у. 
Чтобы
вычислить частную производную ФНП по
одному из её аргументов, нужно все другие
её аргументы считать постоянными и
проводить дифференцирование по правилам
дифференцирования функции одного
аргумента.

Пример
1.
z = 2x5 +
3x2y
+ y2 –
4x + 5y – 1

Пример
2.
Найти частные производные  функции
z = f(x;y) в точке A(x0;y0). 
 
Находим
частные производные: 
 
 
Найдем
частные производные в точке А(1;1) 
 
 
Находим
вторые частные производные: 
 
 
Найдем
смешанные частные производные: 

Геометрический
смысл частных производных функции двух
переменных

Остановимся
на функции двух переменных.

Если
каждой паре значений x, y из
множества D ставится
в соответствие одно определённое
значение z из
множества E,
то z называется
функцией двух независимых друг от друга
переменных x и y и
обозначается z= f(x, y).

Множество D называется
областью определения функции z,
а множество E –
множеством её значений. Переменные x и y по
отношению к функции z называются
её аргументами.

Частным
значениям аргументов

Соответствует
частное значение функции

Пример
4.Область
определения функции S = xy,
выражающей зависимость площади
многоугольника от длин его сторон, может
быть записана двумя неравенствами


и

которые
определяют I квадрант на плоскости xOy.
Частное значение этой функции при x =
3, y =
5 составляет

В
общем случае область определения функции
двух переменных геометрически может
быть представлена некоторым множеством
точек (x; y)
плоскости xOy.

Подобно
тому, как функция y = f(x)
геометрически изображается графиком,
можно геометрически истолковать и
уравнение z = f(x, y).

Ставя
в соответствие каждой точке

аппликату z = f(x, y),
мы получим некоторое множество точек
(x; y; z)
трёхмерного пространства – чаще всего
некоторую поверхности. Поэтому
равенство z = f(x, y)
называют уравнением поверхности.

Пример
5. Пусть
задана функция

Её
область определения найдём из равенства


т.е.
 
 

Это
круг с центром в начале координат и
радиусом r.
Графиком функции

является
верхняя половина сферы

(разрешив
уравнение сферы относительно z,
получим две однозначные функции z:

и

Соседние файлы в папке Bilety

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
Источник

Частные производные

Частной производной по x функции z = f(x,y) в точке A(x0,y0) называется предел отношения частного приращения по x функции в точке A к приращению ∆x при стремлении ∆x к нулю.

Частные производные функции z(x,y) находятся по следующим формулам: Частные производные

Вторые частные производные функции z(x,y) находятся по формулам:

Вторые частные производные

Смешанные частные производные функции z(x,y) находятся по формулам: Смешанные частные производные

Назначение сервиса. Сервис используется для нахождения частных производных функции (см. пример). Решение производится в онлайн режиме и оформляется в формате Word.

  • Решение онлайн
  • Видеоинструкция
  • Также решают

Правила ввода функции, заданной в явном виде




Примеры

x2+xy ≡ x^2+x*y.

cos2(2x+y) ≡ (cos(2*x+y))^2

≡ (x-y)^(2/3)

Правила ввода функции, заданной в неявном виде

  1. Все переменные выражаются через x,y,z


Примеры

≡ x^2/(z+y)

cos2(2x+zy) ≡ (cos(2*x+z*y))^2

≡ z+(x-y)^(2/3)

Частные производные используются, например, при нахождении полного дифференциала и экстремумов функции.

Частные производные функции нескольких переменных

Ели одному из аргументов функции z = f(x,y) придать приращение, а другой аргумент не изменять, то функция получит частное приращение по одному из аргументов: Δxz=f(x+Δx,y)-f(x,y) – это частное приращение функции z по аргументу x; Δyz=f(x,y+Δy)-f(x,y) – это частное приращение функции z по аргументу у.

Частной производной функции нескольких переменных по одному из её аргументов называется предел отношения частного приращения функции по этому аргументу к соответствующему приращению аргумента при условии, что приращение аргумента стремится к нулю:

– это частная производная функции z по аргументу x;

– это частная производная функции z по аргументу у.

Чтобы вычислить частную производную ФНП по одному из её аргументов, нужно все другие её аргументы считать постоянными и проводить дифференцирование по правилам дифференцирования функции одного аргумента.

Пример 1. z=2x5+3x2y+y2–4x+5y-1

Пример 2. Найти частные производные функции z = f(x;y) в точке A(x0;y0).



Находим частные производные:





Найдем частные производные в точке А(1;1)





Находим вторые частные производные:



Найдем смешанные частные производные:

Задать свои вопросы или оставить замечания можно внизу страницы в разделе Disqus.
Можно также оставить заявку на помощь в решении своих задач у наших проверенных партнеров (здесь или здесь).

Источник

Частные производные

Частные производные применяются в заданиях с функциями нескольких переменных. Правила нахождения точно такие же как и для функций одной переменной, с разницей лишь в том, что одну из переменных нужно считать в момент дифференцирования константой (постоянным числом).

Формула

Частные производные для функции двух переменных $ z(x,y) $ записываются в следующем виде $ z’_x, z’_y $ и находятся по формулам:

Частные производные первого порядка

$$ z’_x = frac{partial z}{partial x} $$

$$ z’_y = frac{partial z}{partial y} $$

Частные производные второго порядка

$$ z”_{xx} = frac{partial^2 z}{partial x partial x} $$

$$ z”_{yy} = frac{partial^2 z}{partial y partial y} $$

Смешанная производная

$$ z”_{xy} = frac{partial^2 z}{partial x partial y} $$

$$ z”_{yx} = frac{partial^2 z}{partial y partial x} $$

Частная производная сложной функции

а) Пусть $ z (t) = f( x(t), y(t) ) $, тогда производная сложной функции определяется по формуле:

$$ frac{dz}{dt} = frac{partial z}{partial x} cdot frac{dx}{dt} + frac{partial z}{partial y} cdot frac{dy}{dt} $$

б) Пусть $ z (u,v) = z(x(u,v),y(u,v)) $, тогда частные производные функции находится по формуле: 

$$ frac{partial z}{partial u} = frac{partial z}{partial x} cdot frac{partial x}{partial u} + frac{partial z}{partial y} cdot frac{partial y}{partial u} $$

$$ frac{partial z}{partial v} = frac{partial z}{partial x} cdot frac{partial x}{partial v} + frac{partial z}{partial y} cdot frac{partial y}{partial v} $$

Частные производные неявно заданной функции

а) Пусть $ F(x,y(x)) = 0 $, тогда $$ frac{dy}{dx} = -frac{f’_x}{f’_y} $$

б) Пусть $ F(x,y,z)=0 $, тогда $$ z’_x = – frac{F’_x}{F’_z}; z’_y = – frac{F’_y}{F’_z} $$

Примеры решений

Пример 1
Найти частные производные первого порядка $ z (x,y) = x^2 – y^2 + 4xy + 10 $
Решение

Для нахождения частной производной по $ x $ будем считать $ y $ постоянной величиной (числом):

$$ z’_x = (x^2-y^2+4xy+10)’_x = 2x – 0 + 4y + 0 = 2x+4y $$

Для нахождения частной производной функции по $ y $ определим $ y $ константой:

$$ z’_y = (x^2-y^2+4xy+10)’_y = -2y+4x $$

Если не получается решить свою задачу, то присылайте её к нам. Мы предоставим подробное решение онлайн. Вы сможете ознакомиться с ходом вычисления и почерпнуть информацию. Это поможет своевременно получить зачёт у преподавателя!
Ответ
$$ z’_x = 2x+4y; z’_y = -2y+4x $$
Пример 2
Найти частные производные функции второго порядка $ z = e^{xy} $
Решение

Сперва нужно найти первый производные, а затем зная их можно найти производные второго порядка.

Полагаем $ y $ константой:

$$ z’_x = (e^{xy})’_x = e^{xy} cdot (xy)’_x = ye^{xy} $$

Положим теперь $ x $ постоянной величиной:

$$ z’_y = (e^{xy})’_y = e^{xy} cdot (xy)’_y = xe^{xy} $$

Зная первые производные аналогично находим вторые.

Устанавливаем $ y $ постоянной:

$$ z”_{xx} = (z’_x)’_x = (ye^{xy})’_x = (y)’_x e^{xy} + y(e^{xy})’_x = 0 + ye^{xy}cdot (xy)’_x = y^2e^{xy} $$

Задаем $ x $ постоянной:

$$ z”_{yy} = (z’_y)’_y = (xe^{xy})’_y = (x)’_y e^{xy} + x(e^{xy})’_y = 0 + x^2e^{xy} = x^2e^{xy} $$

Теперь осталось найти смешанную производную. Можно продифференцировать $ z’_x $ по $ y $, а можно $ z’_y $ по $ x $, так как по теореме $ z”_{xy} = z”_{yx} $

$$ z”_{xy} = (z’_x)’_y = (ye^{xy})’_y = (y)’_y e^{xy} + y (e^{xy})’_y = ye^{xy}cdot (xy)’_y = yxe^{xy} $$
Ответ
$$ z’_x = ye^{xy}; z’_y = xe^{xy}; z”_{xy} = yxe^{xy} $$
Пример 3
Найти частную производную сложной функции $ z = x^2 + y^2, x = sin t, y = t^3 $
Решение

Находим $ frac{partial z}{partial x} $:

$$ frac{partial z}{partial x} = (x^2+y^2)’_x = 2x $$

Находим $ frac{partial z}{partial y} $:

$$ frac{partial z}{partial y} = (x^2+y^2)’_y = 2y $$

Теперь ищем $ frac{dx}{dt} $ и $ frac{dy}{dt} $:

$$ frac{dx}{dt} = frac{d(sin t)}{dt} = cos t $$

$$ frac{dy}{dt} = frac{d(t^3)}{dt} = 3t^2 $$

Подставляем всё это в формулу и записываем ответ:

$$ frac{dz}{dt} = frac{partial z}{partial x} cdot frac{dx}{dt} + frac{partial z}{partial y} cdot frac{dy}{dt} $$

$$ frac{dz}{dt} = 2x cdot cos t + 2y cdot 3t^2 $$
Ответ
$$ frac{dz}{dt} = 2x cdot cos t + 2y cdot 3t^2 $$
Пример 4
Пусть $ 3x^3z – 2z^2 + 3yz^2-4x+z-5 = 0 $ задаёт неявную функцию $ F(x,y,z) = 0 $. Найти частные производные первого порядка.
Решение

Записываем функцию в формате: $ F(x,y,z) = 3x^3z – 2z^2 + 3yz^2-4x+z-5 = 0 $ и находим производные:

$$ z’_x (y,z – const) = (x^3 z – 2z^2 + 3yz^2-4x+z-5)’_x = 3 x^2 z – 4 $$

$$ z’_y (x,y – const) = (x^3 z – 2z^2 + 3yz^2-4x+z-5)’_y = 3z^2 $$
Ответ
$$ z’_x = 3x^2 z – 4; z’_y = 3z^2; $$
Источник

Добавить комментарий