人邮高数 第6章 第6-3-2题

教材习题

📝 题目

2.设 $\displaystyle z=u^{2} \ln v, u=\frac{y}{x}, v=2 x-3 y$ ,求 $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x}, \frac{\partial z}{\partial y}$ .

💡 答案解析

[AI解答]

[AI解答] 已知 $$ z = u^{2} \ln v,\quad u = \frac{y}{x},\quad v = 2x - 3y $$ 先求 $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x}$,由链式法则: $$ \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{\partial z}{\partial u} \cdot \frac{\partial u}{\partial x} + \frac{\partial z}{\partial v} \cdot \frac{\partial v}{\partial x} $$ 计算各部分: $$ \frac{\partial z}{\partial u} = 2u \ln v,\quad \frac{\partial z}{\partial v} = u^{2} \cdot \frac{1}{v} $$ $$ \frac{\partial u}{\partial x} = y \cdot \left(-\frac{1}{x^{2}}\right) = -\frac{y}{x^{2}},\quad \frac{\partial v}{\partial x} = 2 $$ 代入得: $$ \frac{\partial z}{\partial x} = (2u \ln v)\left(-\frac{y}{x^{2}}\right) + \frac{u^{2}}{v} \cdot 2 $$ 将 $\displaystyle u = \frac{y}{x}$,$v = 2x - 3y$ 代回: $$ \frac{\partial z}{\partial x} = 2\cdot\frac{y}{x} \ln(2x-3y) \cdot \left(-\frac{y}{x^{2}}\right) + \frac{(y/x)^{2}}{2x-3y} \cdot 2 $$ 化简: $$ \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{2y^{2}}{x^{3}} \ln(2x-3y) + \frac{2y^{2}}{x^{2}(2x-3y)} $$

再求 $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial y}$: $$ \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{\partial z}{\partial u} \cdot \frac{\partial u}{\partial y} + \frac{\partial z}{\partial v} \cdot \frac{\partial v}{\partial y} $$ 其中 $$ \frac{\partial u}{\partial y} = \frac{1}{x},\quad \frac{\partial v}{\partial y} = -3 $$ 代入得: $$ \frac{\partial z}{\partial y} = (2u \ln v)\cdot\frac{1}{x} + \frac{u^{2}}{v} \cdot (-3) $$ 代回 $u,v$: $$ \frac{\partial z}{\partial y} = 2\cdot\frac{y}{x} \ln(2x-3y) \cdot \frac{1}{x} - 3\cdot\frac{(y/x)^{2}}{2x-3y} $$ 化简: $$ \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{2y}{x^{2}} \ln(2x-3y) - \frac{3y^{2}}{x^{2}(2x-3y)} $$

最终结果为: $$ \boxed{\frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{2y^{2}}{x^{3}} \ln(2x-3y) + \frac{2y^{2}}{x^{2}(2x-3y)}} $$ $$ \boxed{\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{2y}{x^{2}} \ln(2x-3y) - \frac{3y^{2}}{x^{2}(2x-3y)}} $$

难度:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/8
目标:明确函数关系与链式法则
已知 z = u^2 ln v, u = y/x, v = 2x - 3y。求 ∂z/∂x 和 ∂z/∂y 需使用链式法则:∂z/∂x = (∂z/∂u)(∂u/∂x) + (∂z/∂v)(∂v/∂x),类似对 y。
公式:链式法则
提示:注意 z 是 u 和 v 的函数,而 u 和 v 是 x 和 y 的函数。
步骤 2/8
目标:计算偏导数 ∂z/∂u 和 ∂z/∂v
∂z/∂u = 2u ln v,∂z/∂v = u^2 * (1/v)。
公式:∂z/∂u = 2u ln v, ∂z/∂v = u^2/v
提示:对 u 求导时 v 视为常数,对 v 求导时 u 视为常数。
步骤 3/8
目标:计算 ∂u/∂x 和 ∂v/∂x
u = y/x,所以 ∂u/∂x = -y/x^2;v = 2x - 3y,所以 ∂v/∂x = 2。
公式:∂u/∂x = -y/x^2, ∂v/∂x = 2
提示:对 x 求导时 y 视为常数。
步骤 4/8
目标:代入链式法则求 ∂z/∂x
∂z/∂x = (2u ln v)(-y/x^2) + (u^2/v)*2。
提示:注意符号和乘法。
步骤 5/8
目标:代回 u 和 v 并化简
将 u = y/x, v = 2x-3y 代入:∂z/∂x = 2*(y/x)*ln(2x-3y)*(-y/x^2) + ((y/x)^2/(2x-3y))*2 = -2y^2/x^3 ln(2x-3y) + 2y^2/(x^2(2x-3y))。
提示:化简时注意指数运算。
步骤 6/8
目标:计算 ∂u/∂y 和 ∂v/∂y
∂u/∂y = 1/x,∂v/∂y = -3。
公式:∂u/∂y = 1/x, ∂v/∂y = -3
提示:对 y 求导时 x 视为常数。
步骤 7/8
目标:代入链式法则求 ∂z/∂y
∂z/∂y = (2u ln v)*(1/x) + (u^2/v)*(-3)。
提示:注意第二项符号。
步骤 8/8
目标:代回 u 和 v 并化简
代入得:∂z/∂y = 2*(y/x)*ln(2x-3y)*(1/x) - 3*((y/x)^2/(2x-3y)) = 2y/x^2 ln(2x-3y) - 3y^2/(x^2(2x-3y))。
提示:最终结果可通分,但保留此形式即可。

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