人邮高数 第6章 第6-2-13题

教材习题

📝 题目

13.设 $z=x \ln (x y)$ ,求 $\displaystyle \frac{\partial^{3} z}{\partial x^{2} \partial y}, \frac{\partial^{3} z}{\partial x \partial y^{2}}$ .

💡 答案解析

[AI解答]

[AI解答] 已知函数 $$ z = x \ln(xy) $$ 首先将函数改写为便于求导的形式: $$ z = x \left[ \ln x + \ln y \right] = x \ln x + x \ln y $$

**第一步:求一阶偏导数** $$ \frac{\partial z}{\partial x} = \ln x + x \cdot \frac{1}{x} + \ln y = \ln x + 1 + \ln y $$ $$ \frac{\partial z}{\partial y} = x \cdot \frac{1}{y} = \frac{x}{y} $$

**第二步:求二阶偏导数** 先求 $\frac{\partial^2 z}{\partial x^2}$: $$ \frac{\partial^2 z}{\partial x^2} = \frac{\partial}{\partial x}(\ln x + 1 + \ln y) = \frac{1}{x} $$ 再求 $\frac{\partial^2 z}{\partial x \partial y}$: $$ \frac{\partial^2 z}{\partial x \partial y} = \frac{\partial}{\partial y}(\ln x + 1 + \ln y) = \frac{1}{y} $$ 以及 $\frac{\partial^2 z}{\partial y^2}$: $$ \frac{\partial^2 z}{\partial y^2} = \frac{\partial}{\partial y}\left( \frac{x}{y} \right) = -\frac{x}{y^2} $$

**第三步:求三阶偏导数** (1) 求 $\frac{\partial^3 z}{\partial x^2 \partial y}$: 先对 $x$ 求两次,再对 $y$ 求一次。 由 $\frac{\partial^2 z}{\partial x^2} = \frac{1}{x}$,再对 $y$ 求偏导: $$ \frac{\partial^3 z}{\partial x^2 \partial y} = \frac{\partial}{\partial y}\left( \frac{1}{x} \right) = 0 $$

(2) 求 $\frac{\partial^3 z}{\partial x \partial y^2}$: 先对 $y$ 求两次,再对 $x$ 求一次。 由 $\frac{\partial^2 z}{\partial y^2} = -\frac{x}{y^2}$,再对 $x$ 求偏导: $$ \frac{\partial^3 z}{\partial x \partial y^2} = \frac{\partial}{\partial x}\left( -\frac{x}{y^2} \right) = -\frac{1}{y^2} $$

**最终结果** $$ \boxed{\frac{\partial^{3} z}{\partial x^{2} \partial y} = 0,\quad \frac{\partial^{3} z}{\partial x \partial y^{2}} = -\frac{1}{y^{2}}} $$

难度:★☆☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:将函数改写为便于求导的形式
已知函数 z = x ln(xy),利用对数性质 ln(xy) = ln x + ln y,得 z = x ln x + x ln y。
公式:ln(xy) = ln x + ln y
提示:对数性质可简化求导过程。
步骤 2/5
目标:求一阶偏导数
对 x 求偏导:∂z/∂x = ln x + x·(1/x) + ln y = ln x + 1 + ln y;对 y 求偏导:∂z/∂y = x·(1/y) = x/y。
公式:∂z/∂x = ln x + 1 + ln y, ∂z/∂y = x/y
提示:注意 ln x 的导数为 1/x,x ln y 对 x 求导得 ln y。
步骤 3/5
目标:求二阶偏导数
∂²z/∂x² = ∂/∂x (ln x + 1 + ln y) = 1/x;∂²z/∂x∂y = ∂/∂y (ln x + 1 + ln y) = 1/y;∂²z/∂y² = ∂/∂y (x/y) = -x/y²。
公式:∂²z/∂x² = 1/x, ∂²z/∂x∂y = 1/y, ∂²z/∂y² = -x/y²
提示:求二阶偏导时,注意对哪个变量求导。
步骤 4/5
目标:求三阶偏导数 ∂³z/(∂x²∂y)
由 ∂²z/∂x² = 1/x,再对 y 求偏导:∂³z/(∂x²∂y) = ∂/∂y (1/x) = 0。
公式:∂³z/(∂x²∂y) = 0
提示:1/x 与 y 无关,故导数为 0。
步骤 5/5
目标:求三阶偏导数 ∂³z/(∂x∂y²)
由 ∂²z/∂y² = -x/y²,再对 x 求偏导:∂³z/(∂x∂y²) = ∂/∂x (-x/y²) = -1/y²。
公式:∂³z/(∂x∂y²) = -1/y²
提示:注意 -x/y² 对 x 求导得 -1/y²。

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