人邮高数 第6章 第6-3-3题

教材习题

📝 题目

3.设 $z=\mathrm{e}^{u} \sin v$ ,而 $u=x y, v=x+y$ ,求 $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x}$ 和 $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial y}$ .

💡 答案解析

[AI解答]

[AI解答] 已知函数 $$ z = e^{u} \sin v, \quad u = xy, \quad v = x + y. $$ 我们需要求偏导数 $\frac{\partial z}{\partial x}$ 和 $\frac{\partial z}{\partial y}$。根据多元复合函数求导法则(链式法则),有

$$ \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{\partial z}{\partial u} \cdot \frac{\partial u}{\partial x} + \frac{\partial z}{\partial v} \cdot \frac{\partial v}{\partial x}. $$

先计算各偏导数: $$ \frac{\partial z}{\partial u} = e^{u} \sin v, \quad \frac{\partial z}{\partial v} = e^{u} \cos v, $$ $$ \frac{\partial u}{\partial x} = y, \quad \frac{\partial v}{\partial x} = 1. $$

代入得 $$ \frac{\partial z}{\partial x} = e^{u} \sin v \cdot y + e^{u} \cos v \cdot 1 = e^{u} \big( y \sin v + \cos v \big). $$ 将 $u = xy, v = x + y$ 代回: $$ \frac{\partial z}{\partial x} = e^{xy} \big( y \sin(x+y) + \cos(x+y) \big). $$

同理,对于 $y$ 的偏导: $$ \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{\partial z}{\partial u} \cdot \frac{\partial u}{\partial y} + \frac{\partial z}{\partial v} \cdot \frac{\partial v}{\partial y}, $$ 其中 $$ \frac{\partial u}{\partial y} = x, \quad \frac{\partial v}{\partial y} = 1, $$ 所以 $$ \frac{\partial z}{\partial y} = e^{u} \sin v \cdot x + e^{u} \cos v \cdot 1 = e^{xy} \big( x \sin(x+y) + \cos(x+y) \big). $$

因此最终结果为: $$ \boxed{\frac{\partial z}{\partial x} = e^{xy} \big( y \sin(x+y) + \cos(x+y) \big)}, $$ $$ \boxed{\frac{\partial z}{\partial y} = e^{xy} \big( x \sin(x+y) + \cos(x+y) \big)}. $$

难度:★☆☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/7
目标:明确函数关系
已知 z = e^u sin v, u = xy, v = x+y,z 是 u 和 v 的函数,u 和 v 是 x 和 y 的函数。
提示:注意复合函数的结构,z 通过中间变量 u, v 依赖于 x, y。
步骤 2/7
目标:应用链式法则求 ∂z/∂x
∂z/∂x = (∂z/∂u)(∂u/∂x) + (∂z/∂v)(∂v/∂x)。
公式:∂z/∂x = ∂z/∂u * ∂u/∂x + ∂z/∂v * ∂v/∂x
提示:链式法则:先对中间变量求导,再乘以中间变量对自变量的偏导。
步骤 3/7
目标:计算各偏导数
∂z/∂u = e^u sin v, ∂z/∂v = e^u cos v, ∂u/∂x = y, ∂v/∂x = 1。
提示:注意 sin 和 cos 的导数。
步骤 4/7
目标:代入并化简 ∂z/∂x
∂z/∂x = e^u sin v * y + e^u cos v * 1 = e^u (y sin v + cos v)。代回 u=xy, v=x+y 得 e^{xy}(y sin(x+y) + cos(x+y))。
提示:最终结果应表示为 x 和 y 的函数。
步骤 5/7
目标:应用链式法则求 ∂z/∂y
∂z/∂y = (∂z/∂u)(∂u/∂y) + (∂z/∂v)(∂v/∂y)。
公式:∂z/∂y = ∂z/∂u * ∂u/∂y + ∂z/∂v * ∂v/∂y
提示:与求 ∂z/∂x 类似,只是对 y 求偏导。
步骤 6/7
目标:计算 ∂u/∂y 和 ∂v/∂y
∂u/∂y = x, ∂v/∂y = 1。
提示:注意 u=xy 对 y 求偏导得 x。
步骤 7/7
目标:代入并化简 ∂z/∂y
∂z/∂y = e^u sin v * x + e^u cos v * 1 = e^u (x sin v + cos v)。代回 u=xy, v=x+y 得 e^{xy}(x sin(x+y) + cos(x+y))。
提示:最终结果对称于 ∂z/∂x,只是 x 和 y 互换。

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