多変数の関数 高次導関数、テイラーの定理 合成関数、内積、等式 解析入門(中) (松坂和夫数学入門シリーズ 5) 楽天ブックス Yahoo!ショッピング au PAY マーケット 学習環境 Surface Windows 10 Pro (OS) Nebo(Windows アプリ) iPad MyScript Nebo - MyScript(iPad アプリ(iPadOS)) ハンズ・オン・スタートMathematica® -Wolfram言語™によるプログラミング(参考書籍) Pythonからはじめる数学入門(参考書籍) 解析入門(中) (松坂和夫 数学入門シリーズ 5) (松坂 和夫 (著)、岩波書店)の第14章(多変数の関数)、14.2(高次導関数、テイラーの定理)、問題3の解答を求めてみる。 a ∂ 2 z ∂ x 2 = ∂ z ∂ x ( f ( a x + b y ) + x f ' ( a x + b y ) a + y g ' ( a x + b y ) a ) = f ' ( a x + b y ) a + f ' ( a x + b y ) a + f ' ' ( a x + b y ) a 2 + y g ' ' ( a x + b ) a 2 = 2 a f ' ( a x + b y ) + a 2 x f ' ' ( a x + b y ) + a 2 y g ' ' ( a x + b ) ∂ 2 z ∂ x ∂ y = ∂ ∂ x ( b x f ' ( a x + b y ) + g ( a x + b y ) + b y g ' ( a x + b y ) ) = b f ' ( a x + b y ) + a b x f ' ' ( a x + b y ) + a g ' ( a x + b y ) + a b y g ' ' ( a x + b y ) ∂ 2 z ∂ y 2 = b 2 x f ' ' ( a x + b y ) + b g ' ( a x + b y ) + b g ' ( a x + b y ) + b 2 y g ' ( a x + b y ) = b 2 x f ' ' ( a x + b y ) + 2 b g ' ( a x + b y ) + b 2 y g ' ' ( a x + b y ) よって、 b 2 ∂ 2 z ∂ x 2 - 2 a b ∂ 2 z ∂ x ∂ y + a 2 ∂ 2 z ∂ y 2 = ( 2 a b 2 - 2 a b 2 ) f ' ( a x + b y ) + ( a 2 b 2 x - 2 a 2 b 2 x + a 2 b 2 x ) f ' ' ( a x + b y ) + ( - 2 a 2 b + 2 a 2 b ) g ' ( a x + b y ) + ( a 2 b 2 y - 2 a 2 b 2 y + a 2 b 2 y ) g ' ' ( a x + b y ) = 0 上記において、 a x + b y = t f ' = ∂ f ∂ t , g ' = ∂ y ∂ t b ∂ 2 z ∂ u ∂ v = ∂ d u ( ( ∂ z ∂ x , ∂ z ∂ y ) · ( 1 , 1 ) ) = ∂ ∂ u ( ∂ z ∂ x - ∂ z ∂ y ) = ∂ 2 z ∂ x 2 - ∂ 2 z ∂ y 2 c ∂ 2 z ∂ u 2 = ∂ ∂ u ( ( ∂ z ∂ x , ∂ z ∂ y ) · ( e u , - e - u ) ) = ∂ ∂ u ( ∂ z ∂ x e u - ∂ z ∂ y e - u ) = ∂ ∂ x ( ∂ z ∂ x , ∂ z ∂ y ) · ( e u , - e - u ) e u + ∂ z ∂ x e u - ∂ ∂ y ( ∂ z ∂ x , ∂ z ∂ y ) · ( e u , - e - u ) e - u + ∂ z ∂ y e - u = ∂ 2 z ∂ x 2 e 2 u - ∂ 2 z ∂ x ∂ y + ∂ z ∂ x e u - ∂ 2 z ∂ x ∂ y + ∂ 2 z ∂ y 2 e - 2 u + ∂ z ∂ y e - u = ∂ 2 z ∂ x 2 e 2 u - 2 ∂ 2 z ∂ x ∂ y + ∂ z ∂ x e u + ∂ 2 z ∂ y 2 e - 2 u + ∂ z ∂ y e - u ∂ 2 z ∂ u ∂ v = ∂ ∂ u ( ( ∂ z ∂ x , ∂ z ∂ y ) · ( e v , - e - v ) ) = ∂ ∂ u ( ∂ z ∂ x e v - ∂ z ∂ y e - v ) = ∂ ∂ x ( ( ∂ z ∂ x , ∂ z ∂ y ) · ( e u , - e - u ) e v ) - ∂ ∂ y ( ( ∂ z ∂ x , ∂ z ∂ y ) · ( e u , - e - u ) e - v ) = ∂ 2 z ∂ x 2 e u + v - ∂ 2 z ∂ x ∂ y e - u + v - ∂ 2 z ∂ x ∂ y e u - v + ∂ 2 z ∂ y 2 e - u - v ∂ 2 z ∂ v 2 = ∂ 2 z ∂ x 2 e 2 v - 2 ∂ 2 z ∂ x ∂ y + ∂ z ∂ x e v + ∂ 2 z ∂ y 2 e - 2 v + ∂ z ∂ y e - v よって、 ∂ 2 z ∂ u 2 + 2 ∂ 2 z ∂ u ∂ v + ∂ 2 z ∂ v 2 = ( e 2 u + e u + u + e 2 v ) ∂ 2 z ∂ x 2 - 2 ( 2 + e - u + v + e u - v ) ∂ 2 z ∂ x ∂ y + ( e - 2 u + e - u - v + e - 2 v ) ∂ 2 z ∂ y 2 + ( e u + e v ) ∂ z ∂ x + ( e - u + e - v ) ∂ z ∂ y = x 2 ∂ 2 z ∂ x 2 - 2 x y ∂ 2 z ∂ x ∂ y + y 2 ∂ 2 z ∂ y 2 + x ∂ z ∂ x + y ∂ z ∂ y