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数学
题目

97 设函数F(u,v)可微,且F(x+(z)/(y),y+(z)/(x))=0确定隐函数z=z(x,y),则z-x(partial z)/(partial x)-y(partial z)/(partial y)=____.

97 设函数F(u,v)可微,且$F(x+\frac{z}{y},y+\frac{z}{x})=0$确定隐函数z=z(x,y),则z-x$\frac{\partial z}{\partial x}$-y$\frac{\partial z}{\partial y}$=____.

题目解答

答案

设 $ u = x + \frac{z}{y} $,$ v = y + \frac{z}{x} $,则 $ F(u, v) = 0 $。对 $ x $ 求偏导得: \[ F_u \left(1 + \frac{1}{y} \frac{\partial z}{\partial x}\right) + F_v \left(\frac{1}{x} \frac{\partial z}{\partial x} - \frac{z}{x^2}\right) = 0, \] 解得: \[ \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{F_v z y - F_u x^2 y}{x (F_u x + F_v y)}. \] 同理,对 $ y $ 求偏导得: \[ \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{F_u z x - F_v y^2 x}{y (F_u x + F_v y)}. \] 代入 $ z - x \frac{\partial z}{\partial x} - y \frac{\partial z}{\partial y} $,化简得: \[ z - x \frac{\partial z}{\partial x} - y \frac{\partial z}{\partial y} = z - \frac{z (y F_v + x F_u) - xy (F_u x + F_v y)}{F_u x + F_v y} = xy. \] **答案:** $\boxed{xy}$

解析

考查要点:本题主要考查隐函数求导法则的应用,以及对偏导数的计算和代数化简能力。关键在于正确应用链式法则对复合函数求导,并通过解方程得到偏导数表达式,最终代入目标式进行化简。

解题核心思路:

  1. 设定中间变量:将复合函数中的中间变量$u = x + \frac{z}{y}$和$v = y + \frac{z}{x}$分离,便于应用链式法则。
  2. 对$x$和$y$分别求偏导:利用隐函数定理,对等式$F(u, v) = 0$分别关于$x$和$y$求偏导,建立方程求解$\frac{\partial z}{\partial x}$和$\frac{\partial z}{\partial y}$。
  3. 代入目标表达式:将求得的偏导数代入$z - x\frac{\partial z}{\partial x} - y\frac{\partial z}{\partial y}$,通过代数化简得到最终结果。

破题关键点:

  • 链式法则的正确应用:明确$u$和$v$对$x$、$y$的依赖关系,正确计算偏导数。
  • 方程求解的代数技巧:将偏导数表达式整理为关于$\frac{\partial z}{\partial x}$和$\frac{\partial z}{\partial y}$的线性方程,解出偏导数。
  • 化简技巧:通过因式分解和约分简化最终表达式,发现关键项的抵消关系。

设中间变量$u = x + \frac{z}{y}$,$v = y + \frac{z}{x}$,则$F(u, v) = 0$。对$x$和$y$分别求偏导:

对$x$求偏导

对等式$F(u, v) = 0$关于$x$求偏导,应用链式法则:
$F_u \left(1 + \frac{1}{y} \frac{\partial z}{\partial x}\right) + F_v \left(\frac{1}{x} \frac{\partial z}{\partial x} - \frac{z}{x^2}\right) = 0$
整理得:
$\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{F_v z y - F_u x^2 y}{x (F_u x + F_v y)}$

对$y$求偏导

同理,对等式$F(u, v) = 0$关于$y$求偏导:
$F_u \left(\frac{1}{y} \frac{\partial z}{\partial y} - \frac{z}{y^2}\right) + F_v \left(1 + \frac{1}{x} \frac{\partial z}{\partial y}\right) = 0$
整理得:
$\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{F_u z x - F_v y^2 x}{y (F_u x + F_v y)}$

代入目标表达式

将$\frac{\partial z}{\partial x}$和$\frac{\partial z}{\partial y}$代入$z - x\frac{\partial z}{\partial x} - y\frac{\partial z}{\partial y}$:
$\begin{aligned}z - x\frac{\partial z}{\partial x} - y\frac{\partial z}{\partial y} &= z - \frac{z (y F_v + x F_u) - xy (F_u x + F_v y)}{F_u x + F_v y} \\&= z - z + xy = xy\end{aligned}$

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