문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 다변수 미분

다변수 연쇄법칙

변수가 여러 단계로 연결될 때 나무 그림으로 편도함수를 구한다

유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

1문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-3 · 2.4절 · 5번대학 수준우리말 번역

다음 논증에서 잘못된 점은 무엇인가요? w=f(x,y,z)w=f(x,y,z) 이고 z=g(x,y)z=g(x,y) 라고 하자. 연쇄 법칙에 의해

∂w∂x=∂w∂x∂x∂x+∂w∂y∂y∂x+∂w∂z∂z∂x=∂w∂x+∂w∂z∂z∂x\begin{aligned} \frac{\partial w}{\partial x} =\frac{\partial w}{\partial x}\frac{\partial x}{\partial x} +\frac{\partial w}{\partial y}\frac{\partial y}{\partial x} +\frac{\partial w}{\partial z}\frac{\partial z}{\partial x} =\frac{\partial w}{\partial x} +\frac{\partial w}{\partial z}\frac{\partial z}{\partial x} \end{aligned}

이다. 따라서 0=∂w∂z∂z∂x0=\frac{\partial w}{\partial z}\frac{\partial z}{\partial x} 이고, 그러므로 ∂w∂z=0\frac{\partial w}{\partial z}=0 또는 ∂z∂x=0\frac{\partial z}{\partial x}=0 이다.

영어 원문 보기

What is wrong with the following argument? Suppose that w=f(x,y,z)w=f(x,y,z) and z=g(x,y)z=g(x,y). By the chain rule,

∂w∂x=∂w∂x∂x∂x+∂w∂y∂y∂x+∂w∂z∂z∂x=∂w∂x+∂w∂z∂z∂x\begin{aligned} \frac{\partial w}{\partial x} =\frac{\partial w}{\partial x}\frac{\partial x}{\partial x} +\frac{\partial w}{\partial y}\frac{\partial y}{\partial x} +\frac{\partial w}{\partial z}\frac{\partial z}{\partial x} =\frac{\partial w}{\partial x} +\frac{\partial w}{\partial z}\frac{\partial z}{\partial x} \end{aligned}

Hence 0=∂w∂z∂z∂x0=\frac{\partial w}{\partial z}\frac{\partial z}{\partial x} and so ∂w∂z=0\frac{\partial w}{\partial z}=0 or ∂z∂x=0\frac{\partial z}{\partial x}=0.

정답·풀이 보기

문제는 같은 등식 안에서 ∂w∂x\frac{\partial w}{\partial x} 가 서로 완전히 다른 두 함수를 나타내는 데 쓰였다는 점이다. 이 식을 정확하게 쓰는 방법은 다음과 같다. f(x,y,z)f(x,y,z) 와 g(x,y)g(x,y) 를 연속적으로 미분가능한 함수라 하고 w(x,y)=f(x,y,g(x,y))w(x,y)=f\big(x,y,g(x,y)\big) 로 정의하자. 연쇄 법칙에 의해

∂w∂x(x,y)=∂f∂x(x,y,g(x,y))∂x∂x+∂f∂y(x,y,g(x,y))∂y∂x+∂f∂z(x,y,g(x,y))∂g∂x(x,y)=∂f∂x(x,y,g(x,y))+∂f∂z(x,y,g(x,y))∂g∂x(x,y)\begin{aligned} \frac{\partial w}{\partial x}(x,y) &=\frac{\partial f}{\partial x}\big(x,y,g(x,y)\big) \frac{\partial x}{\partial x} +\frac{\partial f}{\partial y}\big(x,y,g(x,y)\big) \frac{\partial y}{\partial x} +\frac{\partial f}{\partial z}\big(x,y,g(x,y)\big) \frac{\partial g}{\partial x}(x,y)\\ &=\frac{\partial f}{\partial x}\big(x,y,g(x,y)\big) +\frac{\partial f}{\partial z}\big(x,y,g(x,y)\big) \frac{\partial g}{\partial x}(x,y) \end{aligned}

이다. w(x,y)=f(x,y,g(x,y))w(x,y)=f\big(x,y,g(x,y)\big) 이지만 ∂w∂x(x,y)=∂f∂x(x,y,g(x,y))\frac{\partial w}{\partial x}(x,y) =\frac{\partial f}{\partial x}\big(x,y,g(x,y)\big) 는 성립하지 않는다. 예를 들어 f(x,y,z)=x−zf(x,y,z)=x-z 이고 g(x,y)=xg(x,y)=x 라 하자. 그러면 모든 (x,y)(x,y) 에 대해 w(x,y)=f(x,y,g(x,y))=x−g(x,y)=0w(x,y)=f\big(x,y,g(x,y)\big)=x-g(x,y)=0 이므로 ∂w∂x(x,y)=0\frac{\partial w}{\partial x}(x,y)=0 인 반면, 모든 (x,y,z)(x,y,z) 에 대해 ∂f∂x(x,y,z)=1\frac{\partial f}{\partial x}(x,y,z)=1 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The problem is that ∂w∂x\frac{\partial w}{\partial x} is used to represent two completely different functions in the same equation. The careful way to write the equation is the following. Let f(x,y,z)f(x,y,z) and g(x,y)g(x,y) be continuously differentiable functions and define w(x,y)=f(x,y,g(x,y))w(x,y)=f\big(x,y,g(x,y)\big). By the chain rule,

∂w∂x(x,y)=∂f∂x(x,y,g(x,y))∂x∂x+∂f∂y(x,y,g(x,y))∂y∂x+∂f∂z(x,y,g(x,y))∂g∂x(x,y)=∂f∂x(x,y,g(x,y))+∂f∂z(x,y,g(x,y))∂g∂x(x,y)\begin{aligned} \frac{\partial w}{\partial x}(x,y) &=\frac{\partial f}{\partial x}\big(x,y,g(x,y)\big) \frac{\partial x}{\partial x} +\frac{\partial f}{\partial y}\big(x,y,g(x,y)\big) \frac{\partial y}{\partial x} +\frac{\partial f}{\partial z}\big(x,y,g(x,y)\big) \frac{\partial g}{\partial x}(x,y)\\ &=\frac{\partial f}{\partial x}\big(x,y,g(x,y)\big) +\frac{\partial f}{\partial z}\big(x,y,g(x,y)\big) \frac{\partial g}{\partial x}(x,y) \end{aligned}

While w(x,y)=f(x,y,g(x,y))w(x,y)=f\big(x,y,g(x,y)\big), it is not true that ∂w∂x(x,y)=∂f∂x(x,y,g(x,y))\frac{\partial w}{\partial x}(x,y) =\frac{\partial f}{\partial x}\big(x,y,g(x,y)\big). For example, take f(x,y,z)=x−zf(x,y,z)=x-z and g(x,y)=xg(x,y)=x. Then w(x,y)=f(x,y,g(x,y))=x−g(x,y)=0w(x,y)=f\big(x,y,g(x,y)\big)=x-g(x,y)=0 for all (x,y)(x,y), so that ∂w∂x(x,y)=0\frac{\partial w}{\partial x}(x,y)=0 while ∂f∂x(x,y,z)=1\frac{\partial f}{\partial x}(x,y,z)=1 for all (x,y,z)(x,y,z).

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