4.设u(x,y)=f(e^x)·g(sin y),其中f(x),g(x)均有连续导数,则(partial^2u)/(partial xpartial y)=().A. e^xsin yf'(e^x)g'(sin y)B. ue^xcos yf'(e^x)g'(sin y)C. e^xcos yf'(e^x)g'(sin y)D. ue^xsin yf'(e^x)g'(sin y)
A. $e^{x}sin yf'(e^{x})g'(sin y)$
B. $ue^{x}cos yf'(e^{x})g'(sin y)$
C. $e^{x}cos yf'(e^{x})g'(sin y)$
D. $ue^{x}sin yf'(e^{x})g'(sin y)$
题目解答
答案
解析
本题考查复合函数的二阶混合偏导数的计算。解题思路是先对函数$u(x,y)$关于$x$求偏导数,再将所得结果关于$y$求偏导数。
步骤一:求$\frac{\partial u}{\partial x}$
已知$u(x,y)=f(e^{x})\cdot g(\sin y)$,在对$x$求偏导数时,把$y$看作常数。
根据复合函数求导法则,若$F = f(G(x))$,则$F^\prime=f^\prime(G(x))\cdot G^\prime(x)$。
对于$f(e^{x})$,令$t = e^{x}$,则$\frac{\partial f(e^{x})}{\partial x}=f^\prime(e^{x})\cdot\frac{\partial e^{x}}{\partial x}$,因为$\frac{\partial e^{x}}{\partial x}=e^{x}$,所以$\frac{\partial f(e^{x})}{\partial x}=e^{x}f^\prime(e^{x})$。
而$g(\sin y)$关于$x$的偏导数为$0$(因为$y$看作常数),根据乘积的求导法则$(uv)^\prime = u^\prime v + uv^\prime$,这里$u = f(e^{x})$,$v = g(\sin y)$,可得:
$\frac{\partial u}{\partial x}=\frac{\partial}{\partial x}[f(e^{x})\cdot g(\sin y)]=g(\sin y)\cdot\frac{\partial f(e^{x})}{\partial x}=e^{x}f^\prime(e^{x})g(\sin y)$
步骤二:求$\frac{\partial^{2} u}{\partial x\partial y}$
即对$\frac{\partial u}{\partial x}=e^{x}f^\prime(e^{x})g(\sin y)$关于$y$求偏导数,此时把$x$看作常数。
$e^{x}f^\prime(e^{x})$关于$y$的偏导数为$0$(因为$x$看作常数),对于$g(\sin y)$,令$s = \sin y$,则$\frac{\partial g(\sin y)}{\partial y}=g^\prime(\sin y)\cdot\frac{\partial \sin y}{\partial y}$,因为$\frac{\partial \sin y}{\partial y}=\cos y$,所以$\frac{\partial g(\sin y)}{\partial y}=\cos y g^\prime(\sin y)$。
再根据乘积的求导法则,可得:
$\frac{\partial^{2} u}{\partial x\partial y}=\frac{\partial}{\partial y}[e^{x}f^\prime(e^{x})g(\sin y)]=e^{x}f^\prime(e^{x})\cdot\frac{\partial g(\sin y)}{\partial y}=e^{x}\cos yf^\prime(e^{x})g^\prime(\sin y)$