题目
5、设函数z=z(x,y)由方程(x)/(z)=ln(z)/(y)确定,求dz。
5、设函数$z=z(x,y)$由方程$\frac{x}{z}=\ln\frac{z}{y}$确定,求dz。
题目解答
答案
由方程 $\frac{x}{z} = \ln \frac{z}{y}$,可得 $x = z \ln \frac{z}{y}$。
对 $x$ 求偏导:
\[
1 = \frac{\partial z}{\partial x} \ln \frac{z}{y} + z \cdot \frac{1}{z} \frac{\partial z}{\partial x} \Rightarrow \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{1}{1 + \ln \frac{z}{y}}
\]
对 $y$ 求偏导:
\[
0 = \frac{\partial z}{\partial y} \ln \frac{z}{y} + z \left( \frac{1}{z} \frac{\partial z}{\partial y} - \frac{1}{y} \right) \Rightarrow \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{z}{y \left( 1 + \ln \frac{z}{y} \right)}
\]
全微分 $dz$ 为:
\[
\boxed{dz = \frac{1}{1 + \ln \frac{z}{y}} dx + \frac{z}{y \left( 1 + \ln \frac{z}{y} \right)} dy}
\]
解析
考查要点:本题主要考查隐函数的偏导数求解以及全微分的计算。需要掌握对隐函数方程两边同时求偏导的方法,并正确应用乘积法则和链式法则。
解题核心思路:
- 将原方程变形,便于后续求导;
- 分别对$x$和$y$求偏导数,解出$\frac{\partial z}{\partial x}$和$\frac{\partial z}{\partial y}$;
- 组合偏导数,得到全微分$dz$。
破题关键点:
- 正确处理隐函数方程的求导,注意变量间的依赖关系;
- 代数变形的准确性,尤其是处理对数项和分式项时。
原方程:$\frac{x}{z} = \ln \frac{z}{y}$,变形为 $x = z \ln \frac{z}{y}$。
对$x$求偏导
- 对$x$求导:
左边导数为$1$,右边应用乘积法则:
$1 = \frac{\partial z}{\partial x} \ln \frac{z}{y} + z \cdot \frac{1}{z} \frac{\partial z}{\partial x}.$ - 整理方程:
提取公因子$\frac{\partial z}{\partial x}$,得:
$\frac{\partial z}{\partial x} \left( \ln \frac{z}{y} + 1 \right) = 1.$ - 解得:
$\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{1}{1 + \ln \frac{z}{y}}.$
对$y$求偏导
- 对$y$求导:
左边导数为$0$,右边应用乘积法则和链式法则:
$0 = \frac{\partial z}{\partial y} \ln \frac{z}{y} + z \left( \frac{1}{z} \frac{\partial z}{\partial y} - \frac{1}{y} \right).$ - 整理方程:
提取公因子$\frac{\partial z}{\partial y}$,得:
$\frac{\partial z}{\partial y} \left( \ln \frac{z}{y} + 1 \right) = \frac{z}{y}.$ - 解得:
$\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{z}{y \left( 1 + \ln \frac{z}{y} \right)}.$
全微分
将偏导数代入全微分公式:
$dz = \frac{\partial z}{\partial x} dx + \frac{\partial z}{\partial y} dy.$