当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第一章 多元函数微分学 > 第四节 多元函数的微分法 > 复合函数求导数(举例)
好 我们已经给出了在不同条件下
复合函数求偏导数运算的有关结论
接下来 我们就利用所谓的链导法则
来求几个具体的
复合函数的偏导数问题
第一个例题
我们假设f(u,v)
就等于u方加上v方减一
其中 u就等于x倍的e的y次方
v就等于两倍的x加y
现在我们假设由这三个函数
得到了一个复合函数
我们来求一求偏z偏x和偏z偏y
因为u v这个函数
是一个简单的多项式函数
所以说 它在每一点都是可微的
而u v关于x y的函数
也都是初等函数
所以说它们的可微性也是没问题的
那么在这个题目里面
我们知道我们直接就利用链导法则
来求这两个偏导数就行了
所以我们解的时候
偏z偏x应该等于偏f偏u
也就等于两倍的u
再乘上偏u偏x
也就是e的y次方
再加上偏f偏v
也就是两倍的v
再乘上偏v偏x
也就是乘上一个2
最后我们把u v与x y的关系代进去
也就是两倍的x e的2y次方
再加上一个四倍的
括号里面是2x加y
这就是这个复合函数
关于x这个自变量的偏导数
同样的 我们可以得到
偏z偏y 它就等于偏f偏u
也就是两倍的u
乘上偏u偏y
也就是x倍的e的x次方
再加上偏f偏v 两倍的v
再乘上偏v偏y 就是乘上一
当然 大家也可以把u v
与x y的关系代进去
就会得到最后的表达式
我想 这就是简单的复合函数
怎么样利用链导法则来求偏导数
第二个例子
我们看一下
如果是这样子 就是说
z等于f(x+y,x-y)
而且我们这个函数是一个可微函数
我们怎么样来求z关于x的偏导数
实际上 这个就直接用
复合函数的链导法则就行了
因为外层函数f是可微的
而里面中间变量分别是
u等于x加y和v等于x减y
所以说 我们如果用这个
u表示x加y v表示x减y
那么偏z偏x就等于
偏f偏u 乘上偏u偏x 就是一
再加上偏f偏v 乘上偏v偏x 还是一
偏z偏y就等于一个
偏f偏u 乘上偏u偏y 是一
再加上偏f偏v 乘上偏v偏y 是负一
所以我们这个地方就是减号 乘上一
其中 这个偏导数
应该是在相应的点
u等于x加y和v等于x减y
这个地方取值
这也是简单复合函数
直接用链导法则求
我们看第三个例题
也就是z等于f(xy,x/y)
也就是f是个二元函数
而在它的变量位置上
出现的不是自变量 而是表达式
我们的条件是
f这个函数是具有
二阶连续偏导数
加上这个条件
现在我们来求
偏方z偏y偏x
求它的二阶混合偏导数
我们做的时候 我们还是记
u就表示x乘y
v就表示x除y
那么 我要求二阶混合偏导数
必须先求偏z偏x
这个一阶偏导数
那么根据复合函数的链导法则
也就是偏f偏u 乘上偏u偏x 是y
再加上偏f偏v 再乘上
偏v偏x 应该就是y分之一
其中 偏导数是在(u,v)这一点取值
那我们求二阶混合偏导数
偏方z偏y偏x
也就是对这个表达式
关于y再求偏导
对于第一部分
理解成两个因子相乘求偏导
那么y关于y求导 是一
第二个不动 也就是偏f偏u不动
再加上y不动
这一个 关于y求偏导
这时候请大家注意
它的变量是u v
所以说 这仍然是个复合函数
然后我们求的时候用链导法则
也就是 乘上它先关于u求偏导
这个地方乘上u关于y求偏导
u关于y求偏导是x
再加上我们这个函数关于v求偏导
这就是先u后v的二阶混合偏导数
再乘上v关于y求偏导
应该乘上的是一个
负的y方分之x
这就是这一项关于y的偏导数
后面这一项类似的处理
我们先对它求导
也就是减掉y方分之一
另外一个项不动
再加上y分之一不动
这一项关于y求偏导
仍然利用复合函数的链导法则
我们会得到
偏方 就是 偏u偏v
再乘上偏u关于y求偏导 是x
再加上偏方f偏v方
再乘上v关于y求偏导
应该是一个 乘上负的y方分之x
那最后 大家整理一下
因为我们给的是
f具有二阶连续混合偏导数
所以说 这一个混合偏导数的值
与这个混合偏导数的值
应该在同一个点是相等的
根据这个性质
这个表达式可以做一点点化简
这个请同学们作为练习
做一个化简
这是第三个例题
最后一个例题 我们来看一下
如果我们这个函数
f(x,y)是z等于这个函数
它是可微的
现在我们要把这个东西
也就是偏f偏x平方
加上偏f偏y的平方
这是一个表达式
把这个表达式化成是极坐标形式
这个问题指的是
就是说 它本来是在
直角坐标系下的一个代数表达式
那我们相当于做了坐标变换
或者叫变量替换
最后把对x和y的偏导数
转化成关于极坐标r和θ的偏导数
那我们做这个问题 也就是这样
z等于f 根据直角坐标与极坐标的关系
我们可以写成 这就是r乘cosθ
这个地方就是r乘sinθ
所以说 我们两边关于r求偏导
应该就等于
偏f偏x x关于r求偏导 就是cosθ
再加上偏f偏y
再乘上y 关于r求偏导 就是sinθ
类似的 我们偏z偏θ
也就等于偏f偏x
x关于θ求偏导
应该乘上负的r倍的sinθ
再加上偏f偏y
y关于θ求偏导 也就是乘上rcosθ
那我们为什么想到 就是
在这个地方关于r和θ求偏导
因为只有这种运算
我们才有可能
把f关于直角坐标x y的偏导数
与我们最后的复合函数
关于极坐标r θ的偏导数联系起来
在这里面 我们把
偏f偏x 偏f偏y作为未知量
这应该就是一个线性方程
然后我们把这个线性方程解出来
偏f偏x应该就等于偏z偏r 乘上cosθ
再减掉偏z偏θ
乘上r分之一倍的sinθ
类似的 我们另外一个未知量偏f偏y
也能做的出来
它应该等于偏z偏rsinθ
再加上一个偏z偏θ
乘上r分之一倍的cosθ
那我们看一下
在这个等式两端我们做平方求和
那么左边出来的就是这个表达式
而右边我们有这个平方和
加这个平方和
用cos方加sin方等于一
所以说 它出来了一项
就是偏z偏r的平方
然后第二项
这个的平方跟这个的平方
我们仍然利用sin方加cos方等于一
我们会出来这一项
就是r方分之一偏z偏θ的平方
最后我们做平方的时候
这个交叉乘积项
是一个负的两倍的
这一项跟这一项的乘积
而这一个的交叉乘积项
应该是正的两倍的
这一项跟这一项的乘积
而这两项正好是互为相反数
一正一负 加起来消掉
所以最后
我们把这个直角坐标系下的
表达式转化成极坐标下
应该就是这个形式
实际上 这个例题主要是想告诉大家
就是我们有了坐标变换之后
我们可以利用复合函数的微分法
将带有导数运算的表达式进行变形
如果刚开始我们的形式
并不熟悉的时候
我们可以进行变换
当然 一般要对这个问题做一定的分析
知道选什么样的坐标变换
才能化简
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
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--二重极限的例题
--二次极限的定义
-第一章 多元函数微分学--第一节练习题
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--偏导数的概念
--偏导数的几何意义
--高阶偏导数的概念
-第一章 多元函数微分学--第二节练习题
-第三节 多元函数的全微分
--全微分的概念
--可微的必要条件
--可微的充分条件
--可微的充要条件
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-第一章 多元函数微分学--第三节练习题
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--隐函数存在定理
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--方向导数的概念
--方向导数的计算
-第一章 多元函数微分学--第五节练习题
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-第一章 多元函数微分学--第六节练习题
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-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
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--极值点的判别法
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--条件极值问题举例
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--二重重积分引入
--二重积分定义
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-第二节 二重积分的计算
-第三章重积分--第二节练习题
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--极坐标系
--一般坐标系
-第三章重积分--第三节练习题
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--三重积分的引入
--三重积分的定义
--三重积分的性质
--直角坐标系
--空间坐标变换
--空间柱坐标系
--球坐标系
--球坐标系例题
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-第三章重积分--第五节 练习题
-第六节 第一类曲面积分
-第三章重积分--第六节 练习题
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--含参定积分的定义
--含参积分的连续性
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-- 广义含参积分的一致收敛性
-第三章重积分--第七节 练习题
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-第四章 向量分析--第二节 练习题
-第三节 第二类曲面积分
--曲面的定向
-第四章 向量分析--第三节 练习题
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--Gauss公式
-第四章 向量分析--第四节 练习题
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--势函数及其计算
--空间保守场
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-第四章 向量分析--第五节 练习题
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--微分方程概念举例
-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)
--变量分离方程
--齐次型方程
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-第三节 高阶线性微分方程解的结构
-第五章 常微分方程--第三节 练习题
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-第五章 常微分方程--第四节 练习题