隐函数z=z(x,y),(partial z)/(partial x) ( 1,1 )<|im_end|>20.设f(u,v)存在二阶连续偏导数,z=z(x,y)是由方程f(z-x,z-y)=1确定的隐函数,求(partial^2z)/(partial xpartial y).
题目解答
答案
设 $ F(x, y, z) = f(z - x, z - y) - 1 $,由隐函数求导法则得
$z_x = \frac{f_u}{f_u + f_v}, \quad z_y = \frac{f_v}{f_u + f_v}$
其中 $ f_u = \frac{\partial f}{\partial u} $,$ f_v = \frac{\partial f}{\partial v} $,$ u = z - x $,$ v = z - y $。
对 $ z_x $ 关于 $ y $ 求导,得
$z_{xy} = \frac{(f_u)_y (f_u + f_v) - f_u (f_u + f_v)_y}{(f_u + f_v)^2}$
计算得
$(f_u)_y = \frac{f_{uu} f_v - f_{uv} f_u}{f_u + f_v}, \quad (f_u + f_v)_y = \frac{f_{uu} f_v + f_{uv} f_v - f_{uv} f_u - f_{vv} f_u}{f_u + f_v}$
代入化简得
$z_{xy} = \frac{f_{uu} f_v^2 - 2 f_{uv} f_u f_v + f_{vv} f_u^2}{(f_u + f_v)^3}$
答案:
$\boxed{\frac{f_{11} f_2^2 - 2 f_{12} f_1 f_2 + f_{22} f_1^2}{(f_1 + f_2)^3}}$
(其中 $ f_1 = f_u $,$ f_2 = f_v $,$ f_{11} = f_{uu} $,$ f_{12} = f_{uv} $,$ f_{22} = f_{vv} $)
解析
考查要点:本题主要考查隐函数的二阶混合偏导数的求解,涉及链式法则、隐函数定理的应用以及二阶偏导数的计算。
解题核心思路:
- 构造辅助函数:将方程$f(z-x, z-y)=1$改写为$F(x, y, z) = f(z-x, z-y) - 1 = 0$,利用隐函数定理求导。
- 一阶偏导数:通过隐函数求导公式,求出$\frac{\partial z}{\partial x}$和$\frac{\partial z}{\partial y}$。
- 二阶混合偏导数:对一阶偏导数$\frac{\partial z}{\partial x}$关于$y$求导,需结合链式法则和商法则,代入一阶偏导数的表达式,最终化简得到结果。
破题关键点:
- 正确应用隐函数求导公式,注意分母为$\frac{\partial F}{\partial z}$。
- 二阶导数计算时,需处理复合函数的链式法则,并注意$f$的二阶偏导数的对称性(如$f_{uv}=f_{vu}$)。
设$F(x, y, z) = f(z-x, z-y) - 1$,其中$u = z - x$,$v = z - y$。根据隐函数定理:
-
一阶偏导数:
- $\frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{F_x}{F_z} = \frac{f_u}{f_u + f_v}$
- $\frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{F_y}{F_z} = \frac{f_v}{f_u + f_v}$
-
对$\frac{\partial z}{\partial x}$关于$y$求导:
- 设$z_x = \frac{f_u}{f_u + f_v}$,则:
$z_{xy} = \frac{(f_u)_y (f_u + f_v) - f_u (f_u + f_v)_y}{(f_u + f_v)^2}$ - 计算$(f_u)_y$和$(f_u + f_v)_y$:
- $(f_u)_y = f_{uu} z_y + f_{uv} (z_y - 1) = \frac{f_{uu} f_v - f_{uv} f_u}{f_u + f_v}$
- $(f_u + f_v)_y = \frac{f_{uu} f_v + f_{uv} f_v - f_{uv} f_u - f_{vv} f_u}{f_u + f_v}$
- 设$z_x = \frac{f_u}{f_u + f_v}$,则:
-
代入化简:
- 分子展开后合并同类项,最终得到:
$z_{xy} = \frac{f_{uu} f_v^2 - 2 f_{uv} f_u f_v + f_{vv} f_u^2}{(f_u + f_v)^3}$
- 分子展开后合并同类项,最终得到: