kaoyan1basic 高等数学 第17题

教材习题

📝 题目

### 【基础篇】第17题(解答题) 17.设函数 $z=z(x, y)$ 由方程 $\displaystyle F\left(x+\frac{z}{y}, y+\frac{z}{x}\right)=0$ 确定,且 $F(u, v)$ 具有连续偏导数,求 $\displaystyle x \frac{\partial z}{\partial x}+ y \frac{\partial z}{\partial y}$.

💡 答案解析

**答案**:$z$ **解析**: 步骤1:方程$\displaystyle F(x+\frac{z}{y}, y+\frac{z}{x})=0$,令$\displaystyle u=x+\frac{z}{y}$,$\displaystyle v=y+\frac{z}{x}$。 步骤2:两边对$x$求偏导:$\displaystyle F_u \cdot (1 + \frac{z_x}{y}) + F_v \cdot (0 + \frac{z_x x - z}{x^2}) = 0$,得$\displaystyle F_u(1+\frac{z_x}{y}) + F_v \frac{x z_x - z}{x^2}=0$。 步骤3:两边对$y$求偏导:$\displaystyle F_u \cdot (0 + \frac{z_y y - z}{y^2}) + F_v \cdot (1 + \frac{z_y}{x}) = 0$,得$\displaystyle F_u \frac{y z_y - z}{y^2} + F_v(1+\frac{z_y}{x})=0$。 步骤4:解出$z_x$和$z_y$,代入$x z_x + y z_y$,化简得$z$。 **难度**:★★★★☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:引入中间变量简化方程
令 u = x + z/y, v = y + z/x,则原方程化为 F(u, v) = 0。
公式:u = x + z/y, v = y + z/x
提示:注意 z 是 x, y 的函数,因此 u, v 也是 x, y 的函数。
步骤 2/4
目标:对 x 求偏导
方程 F(u, v) = 0 两边对 x 求偏导,注意 u, v 依赖于 x 和 y。得到 F_u * (1 + z_x / y) + F_v * (0 + (x z_x - z)/x^2) = 0。
公式:F_u (1 + z_x / y) + F_v (x z_x - z)/x^2 = 0
提示:对 v 求导时,注意 v = y + z/x,对 x 求导得 (z_x * x - z)/x^2。
步骤 3/4
目标:对 y 求偏导
方程 F(u, v) = 0 两边对 y 求偏导,得到 F_u * (0 + (y z_y - z)/y^2) + F_v * (1 + z_y / x) = 0。
公式:F_u (y z_y - z)/y^2 + F_v (1 + z_y / x) = 0
提示:对 u 求导时,注意 u = x + z/y,对 y 求导得 (z_y * y - z)/y^2。
步骤 4/4
目标:解出偏导数并代入目标表达式
从两个方程中解出 z_x 和 z_y,然后计算 x z_x + y z_y。通过消去 F_u 和 F_v,化简得到结果为 z。
公式:x z_x + y z_y = z
提示:可以将两个方程分别乘以适当因子后相加,直接得到目标表达式。

📷 拍照上传批改

拍照上传批改功能已预留入口,后续接入图片上传、OCR识别与AI批改。