質問<2933>
「「微分」」
日付 2006/2/9
質問者 こりん★


z=g(f(x,y))とするとき、
∂^2z/∂\(x^{2}\), ∂^2z/∂x∂y, 、∂^2z/∂\(y^{2}\)
をf,gの2階までの導関数で表しなさい。

これをよろしくおねがいします。

★希望★完全解答★

お便り
日付 2006/2/18
回答者 angel


w=f(x,y) とすると、
 dw = ∂f/∂x・dx + ∂f/∂y・dy  …全微分

また、z=g(w) に対して、
 dz = g'(w)dw  …常微分

よって、
 dz = g'(w)・∂f/∂x・dx + g'(w)・∂f/∂y・dy

これより、
 ∂z/∂x = g'(w)・∂f/∂x
 ∂z/∂y = g'(w)・∂f/∂y

同様に、
 ∂g'(w)/∂x = g''(w)・∂f/∂x
 ∂g'(w)/∂y = g''(w)・∂f/∂y

以上により
 ∂^2z/∂\(x^{2}\)
 = ∂(∂z/∂x)/∂x
 = ∂(g'(w)・∂f/∂x)/∂x
 = ∂g'(w)/∂x・∂f/∂x + g'(w)・∂(∂f/∂x)/∂x  ←積の微分
 = g''(w)・(∂f/∂x\()^{2}\) + g'(w)・∂^2f/∂\(x^{2}\)
 = g''(f(x,y))・(∂f(x,y)/∂x\()^{2}\) + g'(f(x,y))・∂^2f(x,y)/∂\(x^{2}\)

同様に、
 ∂^2z/∂\(y^{2}\)
 = g''(f(x,y))・(∂f(x,y)/∂y\()^{2}\) + g'(f(x,y))・∂^2f(x,y)/∂\(y^{2}\)

また、
 ∂^2z/∂x∂y
 = ∂(∂z/∂x)/∂y
 = ∂(g'(w)・∂f/∂x)/∂y
 = ∂g'(w)/∂y・∂f/∂x + g'(w)・∂(∂f/∂x)/∂y
 = g''(w)・∂f/∂x・∂f/∂y + g'(w)・∂^2f/∂x∂y
 = g''(f(x,y))・∂f(x,y)/∂x・∂f(x,y)/∂y + g'(f(x,y))・∂^2f(x,y)/∂x∂y