题目
已知函数z=f(e^y ,x^2y),其中z=f(e^y ,x^2y)具有二阶连续偏导数,求z=f(e^y ,x^2y)。
已知函数,其中
具有二阶连续偏导数,求
。
题目解答
答案
由题意得,已知函数,对
求偏导,则有
,再对
求偏导,得到
,因为
具有二阶连续偏导数,所以
。
解析
考查要点:本题主要考查多元复合函数的偏导数计算,特别是二阶混合偏导数的求解。需要熟练掌握链式法则和乘积法则的应用。
解题核心思路:
- 识别中间变量:将函数$z=f(e^y, x^2y)$分解为中间变量$u=e^y$和$v=x^2y$,即$z=f(u,v)$。
- 一阶偏导数:对$y$求偏导时,需分别对$u$和$v$求导,再与$f$的偏导数结合。
- 二阶混合偏导数:先对$y$求偏导,再对$x$求导,注意应用乘积法则和链式法则展开。
破题关键点:
- 链式法则:正确处理复合函数的导数传递关系。
- 二阶连续偏导数:保证混合偏导数的顺序可交换,简化计算。
一阶偏导数$\dfrac{\partial z}{\partial y}$
-
中间变量导数:
- $u = e^y \Rightarrow \dfrac{\partial u}{\partial y} = e^y$
- $v = x^2y \Rightarrow \dfrac{\partial v}{\partial y} = x^2$
-
链式法则求和:
$\dfrac{\partial z}{\partial y} = f'_1 \cdot \dfrac{\partial u}{\partial y} + f'_2 \cdot \dfrac{\partial v}{\partial y} = e^y f'_1 + x^2 f'_2$
二阶混合偏导数$\dfrac{\partial^2 z}{\partial x \partial y}$
-
对$\dfrac{\partial z}{\partial y}$的结果求$x$的偏导:
- 第一项$e^y f'_1$:
- $f'_1$是关于$u$和$v$的函数,但$u$与$x$无关,故:
$\dfrac{\partial}{\partial x}(e^y f'_1) = e^y \cdot \dfrac{\partial f'_1}{\partial v} \cdot \dfrac{\partial v}{\partial x} = e^y f'_{12} \cdot 2xy$
- $f'_1$是关于$u$和$v$的函数,但$u$与$x$无关,故:
- 第二项$x^2 f'_2$:
- 应用乘积法则:
$\dfrac{\partial}{\partial x}(x^2 f'_2) = 2x f'_2 + x^2 \cdot \dfrac{\partial f'_2}{\partial x}$ - $f'_2$对$x$的导数:
$\dfrac{\partial f'_2}{\partial x} = f'_{22} \cdot \dfrac{\partial v}{\partial x} = f'_{22} \cdot 2xy$ - 合并得:
$2x f'_2 + x^2 \cdot 2xy f'_{22} = 2x f'_2 + 2x^2 y f'_{22}$
- 应用乘积法则:
- 第一项$e^y f'_1$:
-
最终结果:
$\dfrac{\partial^2 z}{\partial x \partial y} = 2xy e^y f'_{12} + 2x f'_2 + 2x^2 y f'_{22}$- 可整理为:
$2x \left( f'_2 + y e^y f'_{12} + x y f'_{22} \right)$
- 可整理为: