设=(e)^-(dfrac (1{x)+dfrac (1)(y))},求证=(e)^-(dfrac (1{x)+dfrac (1)(y))}
设
,求证
题目解答
答案
我们可以通过对等式两边分别对
和
求偏导来证明。
首先对
求偏导:

使用链式法则,我们有:

对右侧进行求导:

类似地,对
求偏导:

现在我们可以计算 


化简上式:


我们可以看到,
,证毕。
解析
考查要点:本题主要考查多元函数的偏导数计算及代数运算能力,需要熟练掌握链式法则的应用。
解题核心思路:
- 分别计算函数$z$对$x$和$y$的偏导数$\dfrac{\partial z}{\partial x}$和$\dfrac{\partial z}{\partial y}$;
- 代入表达式$x^2 \dfrac{\partial z}{\partial x} + y^2 \dfrac{\partial z}{\partial y}$,通过化简验证其等于$2z$。
破题关键点:
- 链式法则的正确应用:对复合函数$e^{u(x,y)}$求导时,外层导数为$e^u$,内层导数为$\dfrac{\partial u}{\partial x}$或$\dfrac{\partial u}{\partial y}$;
- 代数化简时注意$x^2$与$\dfrac{1}{x^2}$的抵消关系,最终合并同类项。
步骤1:计算$\dfrac{\partial z}{\partial x}$
设$u = -\left( \dfrac{1}{x} + \dfrac{1}{y} \right)$,则$z = e^u$。
根据链式法则:
$\dfrac{\partial z}{\partial x} = e^u \cdot \dfrac{\partial u}{\partial x} = e^{-\left( \dfrac{1}{x} + \dfrac{1}{y} \right)} \cdot \dfrac{1}{x^2}$
步骤2:计算$\dfrac{\partial z}{\partial y}$
同理,对$y$求偏导:
$\dfrac{\partial z}{\partial y} = e^u \cdot \dfrac{\partial u}{\partial y} = e^{-\left( \dfrac{1}{x} + \dfrac{1}{y} \right)} \cdot \dfrac{1}{y^2}$
步骤3:代入表达式并化简
将偏导数代入$x^2 \dfrac{\partial z}{\partial x} + y^2 \dfrac{\partial z}{\partial y}$:
$\begin{aligned}x^2 \dfrac{\partial z}{\partial x} + y^2 \dfrac{\partial z}{\partial y} &= x^2 \cdot e^{-\left( \dfrac{1}{x} + \dfrac{1}{y} \right)} \cdot \dfrac{1}{x^2} + y^2 \cdot e^{-\left( \dfrac{1}{x} + \dfrac{1}{y} \right)} \cdot \dfrac{1}{y^2} \\&= e^{-\left( \dfrac{1}{x} + \dfrac{1}{y} \right)} + e^{-\left( \dfrac{1}{x} + \dfrac{1}{y} \right)} \\&= 2e^{-\left( \dfrac{1}{x} + \dfrac{1}{y} \right)} = 2z\end{aligned}$