3.8

Дифференцирование неявных функций

[39/79%]
Показать
LaTeX
Задача 1301

x3+y33axy=0x^{3}+y^{3}-3axy = 0. Найти yy' при x=yx=y.

?
Примечание.
?

Уравнение f(x,y)=0f(x,y) = 0, имеющее решением пару чисел (x0,y0)(x_{0},y_{0}), определяет в окрестности числа x0x_{0} величину yy как функцию от xx, если частная производная fy\frac{\partial f}{\partial y} отлична от нуля в точке (x0,y0)(x_{0},y_{0}) и непрерывна в её окрестности. Последовательные производные от yy по xx могут быть получены из равенств:

fx+fyy=0, \frac{\partial f}{\partial x}+\frac{\partial f}{\partial y}y' = 0, 2fx2+22fxyy+2fy2y2+fyy=0, \frac{\partial ^{2} f}{\partial x^{2}}+2\frac{\partial ^{2} f}{\partial x \partial y}y'+\frac{\partial ^{2} f}{\partial y^{2}}y'^{2}+\frac{\partial f}{\partial y}y'' = 0, 3fx3+33fx2yy+33fxy2y2+3fy3y3+32fxyy+32fy2yy+fyy=0. \frac{\partial ^{3} f}{\partial x^{3}}+3\frac{\partial ^{3} f}{\partial x^{2} \partial y}y'+3\frac{\partial ^{3} f}{\partial x \partial y^{2}}y'^{2}+\frac{\partial ^{3} f}{\partial y^{3}}y'^{3}+3\frac{\partial ^{2} f}{\partial x \partial y}y''+3\frac{\partial ^{2} f}{\partial y^{2}}y'y''+\frac{\partial f}{\partial y}y''' = 0.

Подобным путём можно вычислять и производные от неявных функций, заданных одним уравнением с несколькими переменными.

Если несколько неявных функций заданы несколькими уравнениями, то при вычислении производных иногда удобно пользоваться дифференциалами. При этом следует иметь в виду, что дифференциалы высших порядков от тех переменных, которые приняты за независимые, равны нулю.

Задача 1302

x3+y33axy=0x^{3}+y^{3}-3axy = 0. Найти xx, при котором y=0y' = 0.

?
Задача 1303

xy=yxx^{y} = y^{x}. Найти yy' при xyx \neq y.

?
Задача 1304

xsinycosy+cos2y=0x\sin y-\cos y+\cos 2y = 0. Найти yy'.

?
Задача 1305

x=yαsinyx = y-\alpha \sin y. Найти yy' и yy''.

?
Задача 1306

x2+2xy+y24x+2y2=0x^{2}+2xy+y^{2}-4x+2y-2 = 0. Найти yy''' при x=1x=1, y=1y=1.

?
Задача 1307

x+y=exyx+y = e^{x-y}. Найти yy''.

?
Задача 1308

lnx2+y2=arctgyx\ln \sqrt{x^{2}+y^{2}} = \operatorname {arctg} \frac{y}{x}. Найти yy''.

?
Задача 1309

(xa)2+(yb)2=R2(x-a)^{2}+(y-b)^{2} = R^{2}. Считая здесь xx независимой переменной, а yy — функцией, взять четвёртую производную от обеих частей уравнения.

?
Задача 1310

Для уравнения x(x2+y2)a(x2y2)=0x(x^{2}+y^{2})-a(x^{2}-y^{2}) = 0 при x=0x=0, y=0y=0 формула fx+fyy=0\frac{\partial f}{\partial x}+\frac{\partial f}{\partial y}y' = 0 не даёт возможности найти yy'; однако yy' можно найти и здесь из формулы

2fx2+22fxyy+2fy2y2+fyy=0. \frac{\partial ^{2} f}{\partial x^{2}}+2\frac{\partial ^{2} f}{\partial x \partial y}y'+\frac{\partial ^{2} f}{\partial y^{2}}y'^{2}+\frac{\partial f}{\partial y}y'' = 0.

Найти yy'.

?
Задача 1311

(x2+y2bx)2=a2(x2+y2)(x^{2}+y^{2}-bx)^{2} = a^{2}(x^{2}+y^{2}). Найти yy' при x=0x=0, y=0y=0.

?
Задача 1312

Тот же вопрос для уравнения x3+y33xy=0x^{3}+y^{3}-3xy = 0.

?
Задача 1313

Даны уравнения x2y2+z2=1x^{2}-y^{2}+z^{2} = 1, y22x+z=0y^{2}-2x+z = 0. Найти yy' и zz'' при x=1x=1, y=1y=1, z=1z=1.

?
Задача 1314
{x3+y3+z3=a3,x2+y2+z2=b2. \begin{cases} x^{3}+y^{3}+z^{3} = a^{3}, \\ x^{2}+y^{2}+z^{2} = b^{2}. \end{cases}

Найти yy' и zz'.

?
Задача 1315

Из уравнений x2+y2z2=0x^{2}+y^{2}-z^{2} = 0, x2+2y2+3z2=1x^{2}+2y^{2}+3z^{2} = 1 найти d2yd^{2}y и d2zd^{2}z, если xx — независимая переменная.

?
Задача 1316

Из уравнений x2+y2=2z2x^{2}+y^{2} = 2z^{2}, x2+2y2+z2=4x^{2}+2y^{2}+z^{2} = 4 найти dxdz\frac{dx}{dz} и d2ydz2\frac{d^{2}y}{dz^{2}} в точке (1,1,1)(1,-1,1), если zz — независимая переменная.

?
Задача 1317

x+y+z=ax+y+z = a, x3+y3+z3=3xyzx^{3}+y^{3}+z^{3} = 3xyz. Найти производные от yy и zz.

?
Задача 1318

В точке (1,1,2)(1,1,-2) найти первые и вторые производные от yy и zz, если x+y+z=0x+y+z = 0, x3+y3z3=10x^{3}+y^{3}-z^{3} = 10.

?
Задача 1319

x2+y2+z2=2zx^{2}+y^{2}+z^{2} = 2z. Найти 2zx2\frac{\partial^{2} z}{\partial x^{2}}.

?
Задача 1320

x3+y3+z33z=0x^{3}+y^{3}+z^{3}-3z = 0. Найти 2zxy\frac{\partial^{2} z}{\partial x \partial y}.

?
Задача 1321

x22y2+z24x+2z5=0x^{2}-2y^{2}+z^{2}-4x+2z-5 = 0. Найти zx\frac{\partial z}{\partial x} и 2zxy\frac{\partial^{2} z}{\partial x \partial y}.

?
Задача 1322

xcosy+ycosz+zcosx=ax\cos y+y\cos z+z\cos x = a. Найти zx\frac{\partial z}{\partial x} и zy\frac{\partial z}{\partial y}.

?
Задача 1323

xy+xz+yz=1xy+xz+yz = 1. Найти dzdz и d2zd^{2}z.

?
Задача 1324

Найти d2zd^{2}z, если x2a2+y2b2+z2c2=1\frac{x^{2}}{a^{2}}+\frac{y^{2}}{b^{2}}+\frac{z^{2}}{c^{2}} = 1.

?
Задача 1325

Найти d2zd^{2}z, если cos2x+cos2y+cos2z=1\cos^{2} x+\cos^{2} y+\cos^{2} z = 1.

?
Задача 1326

Найти d2zd^{2}z в точке x=ax=a, y=ay=a, z=0z=0, если x3+z33axz=y3x^{3}+z^{3}-3axz = y^{3}.

?
Задача 1327

Найти вторые частные производные zz, если эта функция от xx и yy определяется уравнением y=xφ(z)+ψ(z)y = x\varphi (z)+\psi (z).

?
Задача 1328

Показать, что xux+yuy+zuz=0x\frac{\partial u}{\partial x}+y\frac{\partial u}{\partial y}+z\frac{\partial u}{\partial z} = 0, если uv=3x2y+zuv = 3x-2y+z, v2=x2+y2+z2v^{2} = x^{2}+y^{2}+z^{2}.

?
Задача 1329

xu+yv=0xu+yv = 0, uvxy=5uv-xy = 5; при x=1x=1, y=1y=-1 принимаем u=v=2u=v=2. Найти 2ux2\frac{\partial^{2} u}{\partial x^{2}} и 2uxy\frac{\partial^{2} u}{\partial x \partial y}.

?
Задача 1330

x=φ(t)x = \varphi (t), y=ψ(t)y = \psi (t), z=kt2z = kt^{2}. Найти производные от xx и yy по zz.

?
Задача 1331

x=acosusinvx = a\cos u \sin v, y=bcosucosvy = b\cos u \cos v, z=csinuz = c\sin u. Найти zx\frac{\partial z}{\partial x} и zy\frac{\partial z}{\partial y}.

?
Задача 1332

Показать, что если F(x,y,z)=0F(x,y,z) = 0, то zxxyyz=1\frac{\partial z}{\partial x} \cdot \frac{\partial x}{\partial y} \cdot \frac{\partial y}{\partial z} = -1.

?
Задача 1333

Функция uu задана формулой u=x3y2zu = x^{3}y^{2}z, причём переменные xx, yy и zz связаны уравнением x2+y2+z2=3xyzx^{2}+y^{2}+z^{2} = 3xyz. Определить ux\frac{\partial u}{\partial x} в точке (1,1,1)(1,1,1), когда:

?
(а)

независимые переменные — xx и yy;

(б)

независимые переменные — xx и zz.

Задача 1334

Показать, что zz, определённая как функция от xx и yy уравнением xaz=φ(ybz)x-az = \varphi (y-bz), где φ\varphi — любая дифференцируемая функция, удовлетворяет уравнению в частных производных

azx+bzy=1, a\frac{\partial z}{\partial x}+b\frac{\partial z}{\partial y} = 1,

называемому уравнением цилиндрических поверхностей.

?
Задача 1335

Показать, что zz, заданный как функция от xx и yy уравнением z=xφ(zy)z = x\varphi \left(\frac{z}{y}\right), удовлетворяет уравнению конических поверхностей

xzx+yzy=z. x\frac{\partial z}{\partial x}+y\frac{\partial z}{\partial y} = z.
?
Задача 1336

Показать, что при соблюдении уравнений

z=αx+yφ(α)+ψ(α), z = \alpha x+y\varphi (\alpha )+\psi (\alpha ), 0=x+yφ(α)+ψ(α), 0 = x+y\varphi '(\alpha )+\psi '(\alpha ),

zz удовлетворяет уравнению

2zx22zy2(2zxy)2=0. \frac{\partial ^{2} z}{\partial x^{2}}\frac{\partial ^{2} z}{\partial y^{2}}-\left(\frac{\partial ^{2} z}{\partial x \partial y}\right)^{2} = 0.
?
Задача 1337

Показать, что при y=xφ(z)+ψ(z)y = x\varphi (z)+\psi (z) удовлетворяется уравнение

2zx2(zy)22zxzy2zxy+2zy2(zx)2=0. \frac{\partial ^{2} z}{\partial x^{2}}\left(\frac{\partial z}{\partial y}\right)^{2}-2\frac{\partial z}{\partial x}\frac{\partial z}{\partial y}\frac{\partial ^{2} z}{\partial x \partial y}+\frac{\partial ^{2} z}{\partial y^{2}}\left(\frac{\partial z}{\partial x}\right)^{2} = 0.
?
Задача 1338

Функция zz от xx и yy задана уравнениями:

(zφ(α))2=x2(y2α2), (z-\varphi (\alpha ))^{2} = x^{2}(y^{2}-\alpha ^{2}), (zφ(α))φ(α)=αx2. (z-\varphi (\alpha ))\varphi '(\alpha ) = \alpha x^{2}.

Показать, что

zxzy=xy. \frac{\partial z}{\partial x}\frac{\partial z}{\partial y} = xy.
?
Задача 1339

Даны уравнения:

z=ψ(α)(x+α)2ψ(α)+1x+α,y+ln((x+α)2ψ(α))=0. z = \frac{\psi (\alpha )}{(x+\alpha )^{2}\psi '(\alpha )}+\frac{1}{x+\alpha }, \qquad y+\ln \left((x+\alpha )^{2}\psi '(\alpha )\right) = 0.

Показать, что

(zzy)2+zx=0. \left(z-\frac{\partial z}{\partial y}\right)^{2}+\frac{\partial z}{\partial x} = 0.
?