注 利用本题结论解下列题目更简单. 设f(u)可导,z=xyf((y)/(x)),若x(partial z)/(partial x)+y(partial z)/(partial y)=xy(lny-lnx),则 (A.)f(1)=(1)/(2),f^prime(1)=0. (B.)f(1)=0,f^prime(1)=(1)/(2). (C.)f(1)=(1)/(2),f^prime(1)=1. (D.)f(1)=0,f^prime(1)=1.
A.)$f(1)=\frac{1}{2},f^{\prime}(1)=0.$ (
B.)$f(1)=0,f^{\prime}(1)=\frac{1}{2}.$ (
C.)$f(1)=\frac{1}{2},f^{\prime}(1)=1.$ (
D.)$f(1)=0,f^{\prime}(1)=1.$
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查多元复合函数的偏导数计算,以及齐次函数的性质应用。关键在于正确求出偏导数并代入给定条件,进而求解函数$f(u)$的具体形式。
解题思路:
- 求偏导数:对$z=xyf\left(\frac{y}{x}\right)$分别求$\frac{\partial z}{\partial x}$和$\frac{\partial z}{\partial y}$,注意应用乘积法则和链式法则。
- 代入条件:将偏导数代入方程$x\frac{\partial z}{\partial x} + y\frac{\partial z}{\partial y} = xy(\ln y - \ln x)$,化简得到关于$f\left(\frac{y}{x}\right)$的方程。
- 求解函数$f(u)$:通过变量代换$u = \frac{y}{x}$,确定$f(u)$的表达式,最终计算$f(1)$和$f'(1)$的值。
破题关键:通过偏导数的计算发现方程化简后与$x$和$y$无关,从而确定$f(u)$的具体形式。
1. 求偏导数
对$x$求偏导:
$\frac{\partial z}{\partial x} = y f\left(\frac{y}{x}\right) + xy \cdot f'\left(\frac{y}{x}\right) \cdot \left(-\frac{y}{x^2}\right) = y f\left(\frac{y}{x}\right) - \frac{y^2}{x} f'\left(\frac{y}{x}\right)$
对$y$求偏导:
$\frac{\partial z}{\partial y} = x f\left(\frac{y}{x}\right) + xy \cdot f'\left(\frac{y}{x}\right) \cdot \frac{1}{x} = x f\left(\frac{y}{x}\right) + y f'\left(\frac{y}{x}\right)$
2. 代入条件方程
将偏导数代入$x\frac{\partial z}{\partial x} + y\frac{\partial z}{\partial y}$:
$\begin{aligned}x \left( y f\left(\frac{y}{x}\right) - \frac{y^2}{x} f'\left(\frac{y}{x}\right) \right) + y \left( x f\left(\frac{y}{x}\right) + y f'\left(\frac{y}{x}\right) \right) &= 2xy f\left(\frac{y}{x}\right) \\&= xy (\ln y - \ln x)\end{aligned}$
3. 化简方程
两边除以$xy$(假设$xy \neq 0$):
$2 f\left(\frac{y}{x}\right) = \ln \left( \frac{y}{x} \right)$
令$u = \frac{y}{x}$,则$f(u) = \frac{1}{2} \ln u$。
4. 求$f(1)$和$f'(1)$
- $f(1) = \frac{1}{2} \ln 1 = 0$
- $f'(u) = \frac{1}{2u}$,故$f'(1) = \frac{1}{2}$