8.设 u=f(x,y,z) 有连续的偏导数, y=y(x) 和 z=z(x) 分别由方程 ^xy-y=-|||-0和 ^x-xz=0 所确定,求 dfrac (du)(dx).

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查复合函数求导法则与隐函数求导法则的综合应用。
解题思路:
- 链式法则:由于$u=f(x,y,z)$中的$y$和$z$均为$x$的隐函数,需对$x$、$y$、$z$分别求偏导并组合。
- 隐函数求导:分别对$e^{xy}-y=0$和$e^x-xz=0$求导,得到$\dfrac{dy}{dx}$和$\dfrac{dz}{dx}$。
关键点:
- 链式法则展开时注意$y$和$z$对$x$的依赖关系。
- 隐函数求导时正确计算偏导数,并利用原方程化简结果。
1. 应用链式法则展开$\dfrac{du}{dx}$
根据链式法则,复合函数求导公式为:
$\dfrac{du}{dx} = \dfrac{\partial f}{\partial x} \cdot \dfrac{dx}{dx} + \dfrac{\partial f}{\partial y} \cdot \dfrac{dy}{dx} + \dfrac{\partial f}{\partial z} \cdot \dfrac{dz}{dx}$
由于$x$是自变量,$\dfrac{dx}{dx}=1$,因此:
$\dfrac{du}{dx} = \dfrac{\partial f}{\partial x} + \dfrac{\partial f}{\partial y} \cdot \dfrac{dy}{dx} + \dfrac{\partial f}{\partial z} \cdot \dfrac{dz}{dx}$
2. 求$\dfrac{dy}{dx}$(由$e^{xy}-y=0$确定)
设$F(x,y)=e^{xy}-y$,根据隐函数求导公式:
$\dfrac{dy}{dx} = -\dfrac{F_x}{F_y}$
计算偏导数:
- $F_x = \dfrac{\partial F}{\partial x} = e^{xy} \cdot y$
- $F_y = \dfrac{\partial F}{\partial y} = e^{xy} \cdot x - 1$
代入公式得:
$\dfrac{dy}{dx} = -\dfrac{e^{xy} \cdot y}{e^{xy} \cdot x - 1}$
利用原方程$e^{xy}=y$化简:
$\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{y^2}{1 - xy}$
3. 求$\dfrac{dz}{dx}$(由$e^x - xz=0$确定)
设$G(x,z)=e^x - xz$,根据隐函数求导公式:
$\dfrac{dz}{dx} = -\dfrac{G_x}{G_z}$
计算偏导数:
- $G_x = \dfrac{\partial G}{\partial x} = e^x - z$
- $G_z = \dfrac{\partial G}{\partial z} = -x$
代入公式得:
$\dfrac{dz}{dx} = \dfrac{e^x - z}{x}$
利用原方程$e^x = xz$化简:
$\dfrac{dz}{dx} = \dfrac{z(x-1)}{x}$
4. 组合结果
将$\dfrac{dy}{dx}$和$\dfrac{dz}{dx}$代入链式法则展开式:
$\dfrac{du}{dx} = \dfrac{\partial f}{\partial x} + \dfrac{\partial f}{\partial y} \cdot \dfrac{y^2}{1 - xy} + \dfrac{\partial f}{\partial z} \cdot \dfrac{z(x-1)}{x}$