人邮高数 第6章 第6-3-15题

教材习题

📝 题目

15.下列方程确定了 $z$ 是 $x 、 y$ 的函数,求 $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} 、 \frac{\partial z}{\partial y}$ . (1) $\mathrm{e}^{x}-x y z=0$ ; (2)$z^{3}-3 x y z=0$ ; (3) $2 x z+\ln (x y z)=0$ ; (4) $\sin (x-2 y+3 z)=x+2 y-3 z$ ; (5)$x^{2}+y^{2}+2 x-2 y z=\mathrm{e}^{z}$ ; (6)$z^{3}-3 x y z=a^{3}$( $a$ 是常数).

💡 答案解析

[AI解答]

[AI解答]

我们逐一用隐函数求导法(公式法或直接求偏导)求解。

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### (1)$\mathrm{e}^{x} - x y z = 0$

令 $F(x,y,z) = e^x - xyz = 0$,则 $$ \frac{\partial F}{\partial x} = e^x - yz,\quad \frac{\partial F}{\partial y} = -xz,\quad \frac{\partial F}{\partial z} = -xy $$ 由隐函数定理(当 $xy \neq 0$ 时): $$ \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{F_x}{F_z} = -\frac{e^x - yz}{-xy} = \frac{e^x - yz}{xy} $$ $$ \frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{F_y}{F_z} = -\frac{-xz}{-xy} = -\frac{xz}{xy} = -\frac{z}{y} $$

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### (2)$z^{3} - 3xyz = 0$

令 $F = z^3 - 3xyz$,则 $$ F_x = -3yz,\quad F_y = -3xz,\quad F_z = 3z^2 - 3xy $$ 所以 $$ \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{-3yz}{3z^2 - 3xy} = \frac{yz}{z^2 - xy} $$ $$ \frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{-3xz}{3z^2 - 3xy} = \frac{xz}{z^2 - xy} $$

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### (3)$2xz + \ln(xyz) = 0$

令 $F = 2xz + \ln(xyz)$,注意 $\ln(xyz) = \ln x + \ln y + \ln z$,则 $$ F_x = 2z + \frac{1}{x},\quad F_y = \frac{1}{y},\quad F_z = 2x + \frac{1}{z} $$ 因此 $$ \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{2z + \frac{1}{x}}{2x + \frac{1}{z}} = -\frac{2xz + 1}{x(2x + \frac{1}{z})} = -\frac{2xz + 1}{2x^2 + \frac{x}{z}} $$ 可化简为 $$ \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{z(2xz + 1)}{x(2xz + 1)} = -\frac{z}{x} $$ (注意 $2xz+1\neq0$ 时可约) 同理 $$ \frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{1/y}{2x + 1/z} = -\frac{z}{y(2xz+1)} $$

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### (4)$\sin(x - 2y + 3z) = x + 2y - 3z$

令 $F = \sin(x - 2y + 3z) - x - 2y + 3z = 0$,则 $$ F_x = \cos(x - 2y + 3z) - 1,\quad F_y = -2\cos(x - 2y + 3z) - 2,\quad F_z = 3\cos(x - 2y + 3z) + 3 $$ 所以 $$ \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{\cos u - 1}{3\cos u + 3},\quad u = x-2y+3z $$ 利用 $\cos u - 1 = -2\sin^2\frac{u}{2},\; \cos u + 1 = 2\cos^2\frac{u}{2}$,得 $$ \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{-2\sin^2\frac{u}{2}}{3\cdot 2\cos^2\frac{u}{2}} = \frac{1}{3}\tan^2\frac{u}{2} $$ 而 $$ \frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{-2\cos u - 2}{3\cos u + 3} = \frac{2(\cos u + 1)}{3(\cos u + 1)} = \frac{2}{3} $$

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### (5)$x^{2} + y^{2} + 2x - 2yz = e^{z}$

令 $F = x^2 + y^2 + 2x - 2yz - e^z = 0$,则 $$ F_x = 2x + 2,\quad F_y = 2y - 2z,\quad F_z = -2y - e^z $$ 所以 $$ \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{2x+2}{-2y - e^z} = \frac{2(x+1)}{2y + e^z} $$ $$ \frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{2y - 2z}{-2y - e^z} = \frac{2(y - z)}{2y + e^z} $$

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### (6)$z^{3} - 3xyz = a^{3}$

令 $F = z^3 - 3xyz - a^3$,则 $$ F_x = -3yz,\quad F_y = -3xz,\quad F_z = 3z^2 - 3xy $$ 所以 $$ \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{-3yz}{3z^2 - 3xy} = \frac{yz}{z^2 - xy} $$ $$ \frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{-3xz}{3z^2 - 3xy} = \frac{xz}{z^2 - xy} $$

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**难度评级**:★★☆☆☆ (均为标准隐函数求偏导,计算量小,但需注意化简细节)

📋 详细解题步骤

步骤 1/6
目标:求(1)的偏导数
令F(x,y,z)=e^x - xyz=0,则F_x=e^x-yz,F_y=-xz,F_z=-xy。由隐函数求导公式,∂z/∂x=-F_x/F_z=(e^x-yz)/(xy),∂z/∂y=-F_y/F_z=-z/y。
公式:∂z/∂x = -F_x/F_z, ∂z/∂y = -F_y/F_z
提示:注意分母xy≠0
步骤 2/6
目标:求(2)的偏导数
令F=z^3-3xyz=0,则F_x=-3yz,F_y=-3xz,F_z=3z^2-3xy。∂z/∂x=yz/(z^2-xy),∂z/∂y=xz/(z^2-xy)。
公式:∂z/∂x = yz/(z^2-xy), ∂z/∂y = xz/(z^2-xy)
提示:分母z^2-xy≠0
步骤 3/6
目标:求(3)的偏导数
令F=2xz+ln(xyz)=0,则F_x=2z+1/x,F_y=1/y,F_z=2x+1/z。∂z/∂x=-z/x,∂z/∂y=-z/[y(2xz+1)]。
公式:∂z/∂x = -z/x, ∂z/∂y = -z/[y(2xz+1)]
提示:化简时假设2xz+1≠0
步骤 4/6
目标:求(4)的偏导数
令F=sin(x-2y+3z)-x-2y+3z=0,则F_x=cosu-1,F_y=-2cosu-2,F_z=3cosu+3,其中u=x-2y+3z。∂z/∂x=(1/3)tan^2(u/2),∂z/∂y=2/3。
公式:∂z/∂x = (1/3)tan^2(u/2), ∂z/∂y = 2/3
提示:利用三角恒等式化简
步骤 5/6
目标:求(5)的偏导数
令F=x^2+y^2+2x-2yz-e^z=0,则F_x=2x+2,F_y=2y-2z,F_z=-2y-e^z。∂z/∂x=2(x+1)/(2y+e^z),∂z/∂y=2(y-z)/(2y+e^z)。
公式:∂z/∂x = 2(x+1)/(2y+e^z), ∂z/∂y = 2(y-z)/(2y+e^z)
提示:分母2y+e^z≠0
步骤 6/6
目标:求(6)的偏导数
令F=z^3-3xyz-a^3=0,则F_x=-3yz,F_y=-3xz,F_z=3z^2-3xy。∂z/∂x=yz/(z^2-xy),∂z/∂y=xz/(z^2-xy)。
公式:∂z/∂x = yz/(z^2-xy), ∂z/∂y = xz/(z^2-xy)
提示:与(2)类似,注意常数a不影响偏导

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