一个复合函数求二阶偏导的例题:u(x,y) = u(x2+y2)

一、题目题目 - 荒原之梦

已知,有 u(x,y) = u(x2+y2), r = x2+y2 > 0.

并且已知函数 u(x,y) 有二阶连续的偏导数,要求计算:

ux2ux2uy2uy2.

二、解析 解析 - 荒原之梦

u = u(r), r = x2+y2, 则可知,u(x2+y2) 是一元函数 u = u(r) 和二元函数 r = x2+y2 的复合函数。

于是:

ux=

dudrrx

又:

rx=

[(x2+y2)12]x=

12(x2+y2)122x=

xx2+y2=xr

即:

ux=dudrxr

接着:

2ux2=

(ux)xx=

x(ux)=

x(dudrrx)=

ddr(dudrrx)rx=

[ddr(dudrrx)]rx=

按照求导法则 (ab) = ab + ab 可知,ddr(dudrrx) 等于先用 dudrr 求导,再加上 rxr 求导。

[ddr(dudr)rx+r(rx)dudr]rx=

d2udr2(rx)2+r(rx)rxdudr=

r(rx)rx = x(rx) = x(xr) = rxrxr2 = rx2rr2 r2x2rr2 = r2x2r3 = 1r x2r3

d2udr2(rx)2+(1rx2r3)dudr=

d2udr2(xr)2+(1rx2r3)dudr=

d2udr2x2r2+dudr(1rx2r3)

即:

2ux2=

d2udr2x2r2+dudr(1rx2r3)

同理可得:

uy=dudryr

2uy2=

d2udr2y2r2+dudr(1ry2r3)


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