Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ по теме 4.1 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ ФУНКЦИЙ НЕСКОЛЬКИХ ПЕРЕМЕННЫХ.pdf
Скачиваний:
138
Добавлен:
18.04.2015
Размер:
669 Кб
Скачать
☆

 

∂2u

 

=

∂2u

,

 

∂2u

=

∂2u

,

 

∂2u

=

∂2u

.

 

∂x∂y

∂y∂x

 

∂x∂z

∂z∂x

 

∂y∂z

∂z∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, существует шесть различных частных

производных второго порядка:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂2u

 

∂2u

 

∂2u

 

∂2u

 

 

∂2u

 

∂2u

 

 

∂x2

,

∂y2

,

∂z2 ,

 

,

 

,

 

 

.

 

 

∂x∂y

∂x∂z

 

∂y∂z

 

Решение задачи

∂∂ux = 3x2 y3z4 + 4z2 y2 x3 + cos(x + y − 2z),

 

 

 

∂u

= 3x3 y2 z4 + 2z2 yx4 + cos(x + y − 2z),

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

∂u = 4x3 y3z3 + 2zy2 x4 − 2 cos(x + y − 2z).

 

 

 

∂z

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

∂2u

= 6xy3z4 +12z2 y2 x2 − sin(x + y − 2z),

 

 

∂x2

 

 

 

 

 

 

∂2u

= 6x3 yz4 + 2z2 x4 −sin(x + y − 2z),

 

 

 

∂y2

 

 

 

∂2u

=12x3 y3z2 + 2 y2 x4 − 4 sin(x + y − 2z),

 

 

∂z2

 

 

 

 

 

 

∂2u

 

 

= 9x2 y2 z4 +8z2 yx3 −sin(x + y − 2z),

 

 

 

∂x∂y

 

 

 

 

 

∂2u

 

=12x2 y3z3 +8zy2 x3 + 2 sin(x + y − 2z),

 

∂x∂z

 

 

 

 

 

 

 

∂2u

 

=12x3 y2 z3 + 4zyx4 + 2sin(x + y − 2z).

 

 

∂y∂z

 

 

 

 

 

 

9

Задача 5

Вычислить d 3u для функции u = cos(x − y2 ).

Справочный материал

Для дифференциала третьего порядка (третьего дифференциала) справедлива формула

 

 

 

 

 

 

∂

 

 

∂

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

d 3u =

 

dx +

 

 

dy

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

∂3u

(dx)3

+ 3

∂3u

(dx)2 dy + 3

∂3u

 

dx(dy)2

+

∂3u

(dy)3 .

∂x3

∂x2∂y

∂x∂y2

∂y3

Решение задачи

Вычислим производные первого порядка:

∂∂ux = −sin(x − y2 ); ∂∂uy = −sin(x − y2 )(− 2 y)= 2 ysin(x − y2 ).

Вычислим производные второго порядка:

∂2u = −cos(x − y2 ); ∂x2

∂2u = 2sin(x − y2 )+2 y cos(x − y2 )(−2 y)= ∂y2

= 2 sin(x − y2 )− 4 y2 cos(x − y2 );

∂2u = −cos(x − y2 )(− 2 y)= 2 y cos(x − y2 ).

∂x∂y

Вычислим производные третьего порядка:

∂3u

= sin(x − y2 );

∂3u

= 2cos(x − y2 )(− 2 y)−

∂x3

 

∂y3

 

−8 y cos(x − y2 )−4 y2 (−sin(x − y2 ))(−2 y)=

=−12 y cos(x − y2 )−8 y3 sin(x − y2 );

10

∂3u

 

= sin(x − y2 )(− 2 y)= −2 ysin(x − y2 );

∂x2∂y

 

 

∂3u

 

= 2cos(x − y2 )− 4 y2 (− sin(x − y2 ))=

∂x∂y2

 

 

 

= 2 cos(x − y2 )+ 4 y2 sin(x − y2 ).

Третий дифференциал заданной функции имеет вид: d 3u = sin(x − y2 )(dx)3 − 6 y sin(x − y2 )(dx)2 dy +

+6(cos(x − y2 )+ 2 y2 sin(x − y2 ))dx(dy)2 +

−4(3y cos(x − y2 )+ 2 y3 sin(x − y2 ))(dy)3 .

Задача 6

Вычислить

y′

 

 

для

функции

 

y(x), заданной

неявно

y = x2ex2 +y2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Справочный материал

 

 

 

Если уравнение

F(x, y)= 0 задает функцию

y(x), явный вид

зависимости которой не известен, то производную

y′

определяют из

формулы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂F

∂F

 

 

 

 

 

 

y

′

= −

∂x

 

≠ 0 .

 

 

 

 

 

∂F , если

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение задачи

 

 

 

Поскольку

уравнение

y = x2ex2 + y2

можно

записать

в виде

y − x2ex2 + y2

= 0 , то функция F(x, y)= y − x2ex2 + y 2

. Тогда

 

11

y′ = −

−2xex2 + y 2

− x2ex2 + y 2

2x

.

1 −2x2 y ex2 + y 2

 

 

 

 

Упрощая полученное выражение, запишем

y′= 2xex2 + y 2 (1 + x2 ). 1 − 2x2 y ex2 + y 2

Задача 7

Найти частные производные ∂∂xz и ∂∂yz для функции z(x, y),

заданной неявно x ln ( y + z) = xz .

Справочный материал

Если уравнение F(x, y, z)= 0

 

задает

в

окрестности

точки

однозначную дифференцируемую функцию

z = z(x, y), то во всех

точках, где выполняется

условие

∂F

 

≠ 0 ,

частные производные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

функции z = z(x, y) вычисляются по формулам

 

 

 

∂z

 

 

∂F

 

 

 

∂z

 

∂F

 

 

 

= −

∂x

 

;

 

= −

∂y

.

 

 

∂x

 

 

 

∂F

 

 

 

 

∂F

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

Решение задачи

 

 

 

 

Уравнение x ln ( y + z) =

xz

 

можно

записать в

виде

x ln ( y + z) − xz = 0 . Тогда F(x, y, z)= x ln ( y + z) − xz .

∂z

∂x

 

ln(y + z)−

z

 

 

= −

2 x

 

;

 

 

 

 

 

−

 

x

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

y + z

 

z

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

∂z

= −

 

 

y + z

 

 

.

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

−

 

x

 

 

 

 

y + z

2

z

12