人邮高数 第6章 第6-3-17题

教材习题

📝 题目

17.设 $z=z(x, y)$ 由方程 $x^{2}+y^{2}+z^{2}=y f(z)$ 所确定(其中 $y f^{\prime} \neq 2 z$ ),试求 $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} 、 \frac{\partial z}{\partial y}$ .

💡 答案解析

[AI解答]

[AI解答] 已知隐函数方程 $$ x^{2}+y^{2}+z^{2}=y f(z) $$ 其中 $y f'(z) \neq 2z$。要求 $\frac{\partial z}{\partial x}$ 和 $\frac{\partial z}{\partial y}$。

**步骤1:对方程两边关于 $x$ 求偏导(视 $z$ 为 $x,y$ 的函数)** $$ \frac{\partial}{\partial x}(x^{2}) + \frac{\partial}{\partial x}(y^{2}) + \frac{\partial}{\partial x}(z^{2}) = \frac{\partial}{\partial x}\big(y f(z)\big) $$ 得到 $$ 2x + 0 + 2z \frac{\partial z}{\partial x} = y f'(z) \frac{\partial z}{\partial x} $$

**步骤2:整理出 $\frac{\partial z}{\partial x}$** 将含 $\frac{\partial z}{\partial x}$ 的项移到一边: $$ 2z \frac{\partial z}{\partial x} - y f'(z) \frac{\partial z}{\partial x} = -2x $$ 即 $$ \big(2z - y f'(z)\big) \frac{\partial z}{\partial x} = -2x $$ 因此 $$ \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{-2x}{2z - y f'(z)} $$ 由条件 $y f'(z) \neq 2z$,分母不为零。

**步骤3:对方程两边关于 $y$ 求偏导** $$ \frac{\partial}{\partial y}(x^{2}) + \frac{\partial}{\partial y}(y^{2}) + \frac{\partial}{\partial y}(z^{2}) = \frac{\partial}{\partial y}\big(y f(z)\big) $$ 得到 $$ 0 + 2y + 2z \frac{\partial z}{\partial y} = f(z) + y f'(z) \frac{\partial z}{\partial y} $$

**步骤4:整理出 $\frac{\partial z}{\partial y}$** 将含 $\frac{\partial z}{\partial y}$ 的项移到一边: $$ 2z \frac{\partial z}{\partial y} - y f'(z) \frac{\partial z}{\partial y} = f(z) - 2y $$ 即 $$ \big(2z - y f'(z)\big) \frac{\partial z}{\partial y} = f(z) - 2y $$ 因此 $$ \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{f(z) - 2y}{2z - y f'(z)} $$

**最终结果** $$ \boxed{\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{-2x}{2z - y f'(z)},\quad \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{f(z) - 2y}{2z - y f'(z)}} $$

难度:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:求∂z/∂x
对方程两边关于x求偏导,视z为x,y的函数:∂/∂x(x²)+∂/∂x(y²)+∂/∂x(z²)=∂/∂x(y f(z)),得2x+0+2z ∂z/∂x = y f'(z) ∂z/∂x。
公式:2x + 2z ∂z/∂x = y f'(z) ∂z/∂x
提示:注意y视为常数,f(z)对x求导需用链式法则。
步骤 2/4
目标:整理∂z/∂x表达式
将含∂z/∂x的项移到一边:2z ∂z/∂x - y f'(z) ∂z/∂x = -2x,即(2z - y f'(z)) ∂z/∂x = -2x,因此∂z/∂x = -2x/(2z - y f'(z))。
公式:∂z/∂x = -2x/(2z - y f'(z))
提示:分母不为零由条件保证。
步骤 3/4
目标:求∂z/∂y
对方程两边关于y求偏导:∂/∂y(x²)+∂/∂y(y²)+∂/∂y(z²)=∂/∂y(y f(z)),得0+2y+2z ∂z/∂y = f(z) + y f'(z) ∂z/∂y。
公式:2y + 2z ∂z/∂y = f(z) + y f'(z) ∂z/∂y
提示:注意x视为常数,y f(z)对y求导需用乘法法则。
步骤 4/4
目标:整理∂z/∂y表达式
将含∂z/∂y的项移到一边:2z ∂z/∂y - y f'(z) ∂z/∂y = f(z) - 2y,即(2z - y f'(z)) ∂z/∂y = f(z) - 2y,因此∂z/∂y = (f(z) - 2y)/(2z - y f'(z))。
公式:∂z/∂y = (f(z) - 2y)/(2z - y f'(z))
提示:分母相同,注意符号。

📷 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。