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100 台灣大學微積分(C) 第 9 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分C

100學年度 · 100台大微積分C · 第 9 題

題目

Problem

二、多選題(占 30 分)

(說明:每題 10 分,第 9 題至第 11 題,每題有 5 個選項,其中至少有一個是正確的選項,請作答於答案卷首頁之選擇題作答區,答案選項為大寫之(A)~(E)5 個選項。各題之選項獨立判定,所有選項均答對者,得 10 分;每答錯 1 個選項,扣 3 分;所有選項均未作答或答錯多於 2 個選項者,該題以零分計算。)

  1. 當 z=f(x,y)z=f(x,y),且 x=rcos⁡θx=r\cos\theta 及 y=rsin⁡θy=r\sin\theta。請問下列哪些選項是正確的?

(A) ∂z∂r=∂f∂xcos⁡θ\dfrac{\partial z}{\partial r}=\dfrac{\partial f}{\partial x}\cos\theta

(B) ∂z∂θ=r(−sin⁡θ⋅∂f∂x+cos⁡θ⋅∂f∂y)\dfrac{\partial z}{\partial \theta}=r\left(-\sin\theta\cdot \dfrac{\partial f}{\partial x}+\cos\theta\cdot \dfrac{\partial f}{\partial y}\right)

(C) ∂2z∂r2=∂2f∂x2cos⁡2θ+∂2f∂x∂ycos⁡θsin⁡θ\dfrac{\partial^2 z}{\partial r^2}=\dfrac{\partial^2f}{\partial x^2}\cos^2\theta+\dfrac{\partial^2f}{\partial x\partial y}\cos\theta\sin\theta

(D) ∂2z∂r2=∂2f∂x2cos⁡2θ+2∂2f∂x∂ycos⁡θsin⁡θ+∂2f∂y2sin⁡2θ\dfrac{\partial^2 z}{\partial r^2}=\dfrac{\partial^2f}{\partial x^2}\cos^2\theta+2\dfrac{\partial^2f}{\partial x\partial y}\cos\theta\sin\theta+\dfrac{\partial^2f}{\partial y^2}\sin^2\theta

(E) ∂2z∂r∂θ=∂2f∂x∂ycos⁡θ−∂2f∂x2sin⁡θ\dfrac{\partial^2 z}{\partial r\partial \theta}=\dfrac{\partial^2f}{\partial x\partial y}\cos\theta-\dfrac{\partial^2f}{\partial x^2}\sin\theta

解答

解法一

思路

展開
  • 對 r,θr,\theta 各套鏈鎖規則;二階項須包含混合偏導的兩倍項。

答題過程

展開 zr=fxcos⁡θ+fysin⁡θ,zθ=r(−fxsin⁡θ+fycos⁡θ),z_r=f_x\cos\theta+f_y\sin\theta, \qquad z_\theta=r(-f_x\sin\theta+f_y\cos\theta),

而

zrr=fxxcos⁡2θ+2fxycos⁡θsin⁡θ+fyysin⁡2θ.z_{rr}=f_{xx}\cos^2\theta+2f_{xy}\cos\theta\sin\theta+f_{yy}\sin^2\theta.

故正確選項為 (B)、(D)\boxed{\text{(B)、(D)}}。