2019年考研数学二第11题

填空题 · 4分

📝 题目

设函数 $f(u)$ 可导,$z=y f\left(\displaystyle\frac{y^{2}}{x}\right)$ ,则 $2 x \displaystyle\frac{\partial z}{\partial x}+y \displaystyle\frac{\partial z}{\partial y}=$ $\_\_\_\_$ .

💡 答案解析

**答案**: $y f\left(\displaystyle\frac{y^{2}}{x}\right)$ .

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**解析**:

$\displaystyle\frac{\partial z}{\partial x}=-\displaystyle\frac{y^{3}}{x^{2}} f^{\prime}\left(\displaystyle\frac{y^{2}}{x}\right), \displaystyle\frac{\partial z}{\partial y}=f\left(\displaystyle\frac{y^{2}}{x}\right)+\displaystyle\frac{2 y^{2}}{x} f^{\prime}\left(\displaystyle\frac{y^{2}}{x}\right)$ , 则 $2 x \displaystyle\frac{\partial z}{\partial x}+y \displaystyle\frac{\partial z}{\partial y}=-\displaystyle\frac{2 y^{3}}{x} f^{\prime}\left(\displaystyle\frac{y^{2}}{x}\right)+y f\left(\displaystyle\frac{y^{2}}{x}\right)+\displaystyle\frac{2 y^{3}}{x} f^{\prime}\left(\displaystyle\frac{y^{2}}{x}\right)=y f\left(\displaystyle\frac{y^{2}}{x}\right)$ .

📋 详细解题步骤

步骤 1/3
目标:求∂z/∂x
已知函数 $z = y f\left(\frac{y^2}{x}\right)$,其中 $f$ 是可微函数。求 $\frac{\partial z}{\partial x}$ 时,将 $y$ 视为常数,对 $x$ 求偏导。 首先,将 $z$ 写成复合函数形式:令中间变量 $u = \frac{y^2}{x}$,则 $z = y f(u)$。 根据链式法则, $$ \frac{\partial z}{\partial x} = y \cdot \frac{d f}{d u} \cdot \frac{\partial u}{\partial x}. $$ 计算 $\frac{\partial u}{\partial x}$: $$ u = y^2 x^{-1}, \quad \frac{\partial u}{\partial x} = y^2 \cdot (-1) x^{-2} = -\frac{y^2}{x^2}. $$ 代入链式法则: $$ \frac{\partial z}{\partial x} = y \cdot f'(u) \cdot \left(-\frac{y^2}{x^2}\right) = -\frac{y^3}{x^2} f'\left(\frac{y^2}{x}\right). $$ 因此,$\frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{y^3}{x^2} f'\left(\frac{y^2}{x}\right)$。
公式:$$\frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{y^3}{x^2} f'\left(\frac{y^2}{x}\right)$$
提示:求偏导时明确哪些变量是常数,并正确应用链式法则逐层求导。
步骤 2/3
目标:求∂z/∂y
已知 $z = y f\left(\dfrac{y^2}{x}\right)$,其中 $f$ 是可微函数。求 $\dfrac{\partial z}{\partial y}$ 时,将 $x$ 视为常数,对 $y$ 求偏导。 首先,$z$ 是 $y$ 与复合函数 $f\left(\dfrac{y^2}{x}\right)$ 的乘积,因此应用乘法法则: $$\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y}\left[y\right] \cdot f\left(\frac{y^2}{x}\right) + y \cdot \frac{\partial}{\partial y}\left[f\left(\frac{y^2}{x}\right)\right].$$ 第一项:$\dfrac{\partial}{\partial y}[y] = 1$,所以第一项为 $f\left(\dfrac{y^2}{x}\right)$。 第二项:对复合函数 $f\left(\dfrac{y^2}{x}\right)$ 求偏导。令中间变量 $u = \dfrac{y^2}{x}$,则 $f(u)$ 对 $y$ 的偏导为 $f'(u) \cdot \dfrac{\partial u}{\partial y}$。由于 $x$ 是常数,$\dfrac{\partial u}{\partial y} = \dfrac{2y}{x}$。因此 $$\frac{\partial}{\partial y}\left[f\left(\frac{y^2}{x}\right)\right] = f'\left(\frac{y^2}{x}\right) \cdot \frac{2y}{x}.$$ 于是第二项为 $y \cdot f'\left(\dfrac{y^2}{x}\right) \cdot \dfrac{2y}{x} = \dfrac{2y^2}{x} f'\left(\dfrac{y^2}{x}\right)$。 将两项相加,得到最终结果: $$\frac{\partial z}{\partial y} = f\left(\frac{y^2}{x}\right) + \frac{2y^2}{x} f'\left(\frac{y^2}{x}\right).$$
公式:\frac{\partial z}{\partial y} = f\left(\frac{y^2}{x}\right) + \frac{2y^2}{x} f'\left(\frac{y^2}{x}\right)
提示:求偏导时明确哪些变量是常数,并正确应用乘法法则和链式法则。
步骤 3/3
目标:代入目标表达式并化简
已知偏导数结果为: $$ \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{y^3}{x^2} f'\left(\frac{y^2}{x}\right), \quad \frac{\partial z}{\partial y} = f\left(\frac{y^2}{x}\right) + \frac{2y^2}{x} f'\left(\frac{y^2}{x}\right) $$ 目标表达式为 $2x \frac{\partial z}{\partial x} + y \frac{\partial z}{\partial y}$。代入得: $$ 2x \cdot \left(-\frac{y^3}{x^2} f'\right) + y \cdot \left(f + \frac{2y^2}{x} f'\right) $$ 第一项化简:$2x \cdot \left(-\frac{y^3}{x^2} f'\right) = -\frac{2y^3}{x} f'$。 第二项展开:$y \cdot f + y \cdot \frac{2y^2}{x} f' = y f + \frac{2y^3}{x} f'$。 两项相加: $$ -\frac{2y^3}{x} f' + y f + \frac{2y^3}{x} f' = y f\left(\frac{y^2}{x}\right) $$ 因此,最终结果为 $y f\left(\frac{y^2}{x}\right)$。
公式:$$2x\frac{\partial z}{\partial x}+y\frac{\partial z}{\partial y}=y f\left(\frac{y^2}{x}\right)$$
提示:注意正负号抵消,简化计算过程。

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