数学のブログ

多変数の関数 反復偏微分 3次の偏導関数、順序、指数関数、三角関数(正弦と余弦と逆正接)、累乗、合成関数の微分

続 解析入門 (原書第2版) (S.ラング(著)、松坂 和夫(翻訳)、片山 孝次(翻訳)、岩波書店)の第3章(多変数の関数)、4(反復偏微分)の練習問題11、12、13、14、15、16、17、18.の解答を求めてみる。

11

D 1 D 2 D 3 x y z
= D 1 D 2 x y
= D 1 x
= 1
D 3 D 2 D 1 x y z
= D 3 D 2 y z
= D 3 z
= 1

12

D 1 D 2 D 3 x 2 y z = 2 x
D 3 D 2 D 1 x 2 y z = 2 x

13

D 1 D 2 D 3 e x y z
= D 1 D 2 x y e x y z
= D 1 ( x e x y z + x 2 y z e x y z )
= D 1 e x y z ( x + x 2 y z )
= y z e x y z ( x + x 2 y z ) + e x y z ( 1 + 2 x y z )
= e x y z ( x 2 y 2 z 2 + 3 x y z + 1 )
D 3 D 2 D 1 e x y z
= D 3 D 2 y z e x y z
= D 3 ( z e x y z + x y z 2 e x y z )
= D 3 e x y z ( z + x y z 2 )
= x y e x y z ( z + x y z 2 ) + e x y z ( 1 + 2 x y z )
= ( x 2 y 2 z 2 + 3 x y z + 1 ) e x y z

14

D 1 D 2 D 3 sin ( x y z )
= D 1 D 2 x y cos ( x y z )
= D 1 ( x cos ( x y z ) - x 2 y z sin ( x y z ) )
= cos ( x y z ) - x y z sin ( x y z ) - 2 x y z sin ( x y z ) - x 2 y 2 z 2 cos ( x y z )
D 3 D 2 D 1 sin ( x y z )
= D 3 D 2 y z cos ( x y z )
= D 3 ( z cos ( x y z ) - x y z 2 sin ( x y z ) )
= cos ( x y z ) - x y z sin ( x y z ) - 2 x y z sin ( x y z ) - x 2 y 2 z 2 cos ( x y z )

15

D 1 D 2 D 3 cos ( x + y + z )
= D 1 D 2 ( - sin ( x + y + z ) )
= D 1 ( - cos ( x + y + z ) )
= sin ( x + y + z )
D 3 D 2 D 1 cos ( x + y + z )
= sin ( x + y + z )

16

D 1 D 2 D 3 sin ( x + y + z ) = - cos ( x + y + z )
D 3 D 2 D 1 sin ( x + y + z ) = - cos ( x + y + z )

17

D 1 D 2 D 3 ( x 2 + y 2 + z 2 ) - 1
= D 1 D 2 ( - 2 z ( x 2 + y 2 + z 2 ) - 2 )
= D 1 8 y z ( x 2 + y 2 + z 2 ) - 3
= - 48 x y z ( x 2 + y 2 + z 2 ) - 4

18

D 1 D 2 D 3 ( x 3 y 2 z + 2 ( x + y + z ) )
= D 1 D 2 ( x 3 y 2 + 2 )
= D 1 2 x 3 y
= 6 x 2 y
D 3 D 2 D 1 ( x 3 y 2 z + 2 ( x + y + z ) )
= D 3 D 2 ( 3 x 2 y 2 z + z )
= D 3 6 x 2 y z
= 6 x 2 y

コード(Wolfram Language, Jupyter)

fs = {x y z, x^2 y z, Exp[x y z], Sin[x y z], Cos[x + y + z],
      Sin[x+y+z], (x^2+y^2+z^2)^(-1), x^3 y^2 z +2(x+y+z)}
Output
Column[
    Table[
        {f, D[f, x, y, z], D[f, z, y, x],
          D[f, x, y, z] == D[f, x, z, y] == D[f, y, x, z] == D[f, y, z, x] == D[f, z, x, y] == D[f, z, y, x]},
         {f, fs}
    ]
]
Output
Column[
    Table[
        {f, Factor[D[f, x, y, z]], D[f, z, y, x],
          D[f, x, y, z] == D[f, x, z, y] == D[f, y, x, z] == D[f, y, z, x] == D[f, z, x, y] == D[f, z, y, x]},
         {f, fs}
    ]
]
Output
TraditionalForm[%]
Output
Manipulate[
    Plot3D[x y z, {x, -5, 5}, {y, -5, 5}, PlotRange -> {-5, 5}],
    {z, -5, 5}
]
Output