学習環境
- Surface 3 (4G LTE)、Surface 3 タイプ カバー、Surface ペン(端末)
- Windows 10 Pro (OS)
- Nebo(Windows アプリ)
- iPad Pro + Apple Pencil
- MyScript Nebo(iPad アプリ)
- 参考書籍
解析入門〈3〉(松坂 和夫(著)、岩波書店)の第14章(多変数の関数)、14.2(高次偏導関数、テイラーの定理)、問題4.を取り組んでみる。
∂g∂r=gradf(x,y).(cosθ,sinθ)=∂f∂xcosθ+∂f∂ysinθ∂2g∂r2=(∂2f∂x2cosθ+∂2f∂x∂ysinθ,∂2f∂y∂xcosθ+∂2f∂y2sinθ)·(cosθ,sinθ)=∂2f∂x2cos2θ+2∂2f∂x∂ysinθcosθ+∂2f∂y2sin2θ∂g∂θ=(∂f∂x,∂f∂y)·(-rsinθ,rcosθ)=-∂f∂xrsinθ+∂f∂yrcosθ∂2g∂θ2=-(∂2f∂x2,∂2f∂y∂x)·(-rsinθ,rcosθ)·rsinθ-∂f∂xrcosθ+(∂2f∂x∂y,∂2f∂y2)·(-rsinθ,rcosθ)·rcosθ-∂f∂yrsinθ=∂2f∂x2r2sin2θ-∂2f∂x∂yr2sinθcosθ-∂f∂xrcosθ-∂2f∂x∂yr2sinθcosθ+∂2f∂y2r2cos2θ-∂f∂yrsinθ=∂2f∂x2r2sin2θ-2∂2f∂x∂yr2sinθcosθ+∂2f∂y2r2cos2θ-∂f∂xrcosθ-∂f∂yrsinθよって、
∂2g∂r2+1r∂g∂r+1r2∂2g∂θ2=∂2f∂x2(cos2θ+sin2θ)+∂2f∂y2(sin2θ+cos2θ)+∂2f∂x∂y(2sinθcosθ-2sinθcosθ)+∂f∂x(1rcosθ-1rcosθ)+∂f∂y(1rsinθ-1rsinθ)=∂2f∂x2+∂2f∂y2
コード(Emacs)
Python 3
#!/usr/bin/env python3 from sympy import pprint, symbols, sin, cos, Function, Derivative r, θ = symbols('r, θ', real=True) x = r * sin(θ) y = r * cos(θ) f = Function('f')(x, y) Df = Derivative(f, r, 2) + 1 / r * Derivative(f, r, 1) + \ 1 / (r ** 2) * Derivative(f, r, 2) for t in [Df, Df.doit(), Df.doit().factor()]: pprint(t.factor()) print()
入出力結果(Terminal, Jupyter(IPython))
$ ./sample4.py 2 2 2 ∂ ∂ ∂ r ⋅───(f(r⋅sin(θ), r⋅cos(θ))) + r⋅──(f(r⋅sin(θ), r⋅cos(θ))) + ───(f(r⋅sin(θ), 2 ∂r 2 ∂r ∂r ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── 2 r r⋅cos(θ))) ────────── ⎛ 2 ⎞│ ⎛⎛ 2 2 2 ⎜ ∂ ⎟│ 2 ⎜⎜ ∂ r ⋅sin (θ)⋅⎜────(f(ξ₁, r⋅cos(θ)))⎟│ + 2⋅r ⋅sin(θ)⋅cos(θ)⋅⎜⎜───────( ⎜ 2 ⎟│ ⎝⎝∂ξ₂ ∂ξ₁ ⎝∂ξ₁ ⎠│ξ₁=r⋅sin(θ) ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── ⎞│ ⎞│ ⎛ 2 ⎞│ ⎟│ ⎟│ 2 2 ⎜ ∂ ⎟│ f(ξ₁, ξ₂))⎟│ ⎟│ + r ⋅cos (θ)⋅⎜────(f(r⋅sin(θ), ξ₂))⎟│ ⎠│ξ₁=r⋅sin(θ)⎠│ξ₂=r⋅cos(θ) ⎜ 2 ⎟│ ⎝∂ξ₂ ⎠│ξ₂=r ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── ⎛ ∂ ⎞│ ⎛ ∂ + r⋅sin(θ)⋅⎜───(f(ξ₁, r⋅cos(θ)))⎟│ + r⋅cos(θ)⋅⎜───(f(r⋅sin( ⎝∂ξ₁ ⎠│ξ₁=r⋅sin(θ) ⎝∂ξ₂ ⋅cos(θ) ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── 2 r ⎛ 2 ⎞│ ⎞│ 2 ⎜ ∂ ⎟│ θ), ξ₂))⎟│ + sin (θ)⋅⎜────(f(ξ₁, r⋅cos(θ)))⎟│ + 2⋅sin(θ) ⎠│ξ₂=r⋅cos(θ) ⎜ 2 ⎟│ ⎝∂ξ₁ ⎠│ξ₁=r⋅sin(θ) ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── ⎛⎛ 2 ⎞│ ⎞│ ⎛ 2 ⎜⎜ ∂ ⎟│ ⎟│ 2 ⎜ ∂ ⋅cos(θ)⋅⎜⎜───────(f(ξ₁, ξ₂))⎟│ ⎟│ + cos (θ)⋅⎜────(f(r⋅sin ⎝⎝∂ξ₂ ∂ξ₁ ⎠│ξ₁=r⋅sin(θ)⎠│ξ₂=r⋅cos(θ) ⎜ 2 ⎝∂ξ₂ ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── ⎞│ ⎟│ (θ), ξ₂))⎟│ ⎟│ ⎠│ξ₂=r⋅cos(θ) ────────────────────── ⎛ 2 ⎞│ ⎛⎛ 2 2 2 ⎜ ∂ ⎟│ 2 ⎜⎜ ∂ r ⋅sin (θ)⋅⎜────(f(ξ₁, r⋅cos(θ)))⎟│ + 2⋅r ⋅sin(θ)⋅cos(θ)⋅⎜⎜───────( ⎜ 2 ⎟│ ⎝⎝∂ξ₂ ∂ξ₁ ⎝∂ξ₁ ⎠│ξ₁=r⋅sin(θ) ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── ⎞│ ⎞│ ⎛ 2 ⎞│ ⎟│ ⎟│ 2 2 ⎜ ∂ ⎟│ f(ξ₁, ξ₂))⎟│ ⎟│ + r ⋅cos (θ)⋅⎜────(f(r⋅sin(θ), ξ₂))⎟│ ⎠│ξ₁=r⋅sin(θ)⎠│ξ₂=r⋅cos(θ) ⎜ 2 ⎟│ ⎝∂ξ₂ ⎠│ξ₂=r ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── ⎛ ∂ ⎞│ ⎛ ∂ + r⋅sin(θ)⋅⎜───(f(ξ₁, r⋅cos(θ)))⎟│ + r⋅cos(θ)⋅⎜───(f(r⋅sin( ⎝∂ξ₁ ⎠│ξ₁=r⋅sin(θ) ⎝∂ξ₂ ⋅cos(θ) ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── 2 r ⎛ 2 ⎞│ ⎞│ 2 ⎜ ∂ ⎟│ θ), ξ₂))⎟│ + sin (θ)⋅⎜────(f(ξ₁, r⋅cos(θ)))⎟│ + 2⋅sin(θ) ⎠│ξ₂=r⋅cos(θ) ⎜ 2 ⎟│ ⎝∂ξ₁ ⎠│ξ₁=r⋅sin(θ) ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── ⎛⎛ 2 ⎞│ ⎞│ ⎛ 2 ⎜⎜ ∂ ⎟│ ⎟│ 2 ⎜ ∂ ⋅cos(θ)⋅⎜⎜───────(f(ξ₁, ξ₂))⎟│ ⎟│ + cos (θ)⋅⎜────(f(r⋅sin ⎝⎝∂ξ₂ ∂ξ₁ ⎠│ξ₁=r⋅sin(θ)⎠│ξ₂=r⋅cos(θ) ⎜ 2 ⎝∂ξ₂ ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── ⎞│ ⎟│ (θ), ξ₂))⎟│ ⎟│ ⎠│ξ₂=r⋅cos(θ) ────────────────────── $
0 コメント:
コメントを投稿