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공대생을 위한 수학---------------------/편미분

다변수 함수 편미분의 연쇄법칙 (1) 공식 유도

by bigpicture 2024. 6. 13.
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아래와 같은 세 함수가 있다고 합시다. 

 

$z=f(u,v)$

$u=g(x,y)$

$v=h(x,y)$

 

함수 f에 전미분 공식을 이용하여 아래 식을 얻을 수 있습니다. 

 

$dz=\frac{\partial z}{\partial u}du+\frac{\partial z}{\partial v}dv$     (1)

 

함수 g와 h에 전미분 공식을 적용하면 아래 두 식을 더 얻을 수 있습니다. 

 

$du=\frac{\partial u}{\partial x}dx+\frac{\partial u}{\partial y}dy$

 

$dv=\frac{\partial v}{\partial x}dx+\frac{\partial v}{\partial y}dy$

 

du와 dv 를 f의 전미분 공식인 1번 식에 대입합니다. 

 

$dz=\frac{\partial z}{\partial u}\left ( \frac{\partial u}{\partial x}dx+\frac{\partial u}{\partial y}dy \right )+\frac{\partial z}{\partial v}\left ( \frac{\partial v}{\partial x}dx+\frac{\partial v}{\partial y}dy \right )$

 

위 식을 아래와 같이 변형합시다.

 

$dz=\left ( \frac{\partial z}{\partial u} \frac{\partial u}{\partial x}+\frac{\partial z}{\partial v} \frac{\partial v}{\partial x} \right )dx+\left ( \frac{\partial z}{\partial u} \frac{\partial u}{\partial y}+\frac{\partial z}{\partial v} \frac{\partial v}{\partial y} \right )dy$

 

위 식을 1번식과 비교하면 아래 식을 얻습니다. 

 

$\frac{\partial z}{\partial x}=\frac{\partial z}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial x}+\frac{\partial z}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial x}$

 

$\frac{\partial z}{\partial y}=\frac{\partial z}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial y}+\frac{\partial z}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial y}$

 

요악하면 이렇습니다. 아래와 같은 함수관계가 있다고 합시다. 

 

 

이때 z 를 x로 편미분한 결과는 아래와 같습니다. 

 

$\frac{\partial z}{\partial x}=\frac{\partial z}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial x}+\frac{\partial z}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial x}$

 

z를 y로 편미분한 결과는 아래와 같습니다. 

 

$\frac{\partial z}{\partial y}=\frac{\partial z}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial y}+\frac{\partial z}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial y}$


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