x, t の関数ψ(x, t)、φ(x, t)が次の関係式を満たしているとします。
    ψ = logφ
この時ψの偏導関数
    ∂ψ/∂x
を解いてください。(∂φ/∂x 等を使って表してください。)

ある微分方程式を解くのにこれを用いると簡単になるらしいのですが、その前の段階でつまづいちゃってます。
よろしくお願いします。

A 回答 (1件)

t は定数と見なしなさい,が偏微分ですから,


普通に合成関数の微分で
∂ψ/∂x = (1/φ)(∂φ/∂x)
ですが....

それとも,t,x の間に何か関連があるとかいう話ですか?
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    • 0
この回答へのお礼

あ、それだけなんですか。
偏微分はやり始めたばかりで全然分かってないもので。

ありがとうございました。

お礼日時:2001/07/15 18:50

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まず最初に、この「一言では言い表せないような複雑な」関数が「連続」である必要があります。不連続の場合は初期値(「x2,x3,x4,x5を適当な値に固定し」に相当)から最大値に至る探索の道筋の手がかりがなにも無い事になってしまいますから。

次に、この方法で最大値が求まるためは、2次元で考えたとして山の頂上(y の最大値に相当)がパラメータx1,x2,x3,x4,x5の値域内でひとつだけである必要があります。山で例えると富士山(頂上の火口付近のくぼみは無視して)のような山です。そうでない場合、つまり、例えば八ヶ岳のように複数の頂上があった場合、見つかった値は最大値とは限りません。つまり八ヶ岳のひとつの頂上が見つかっただかで、これが八ヶ岳で一番高い頂上かどうかは分からないということです。こうして見つかった y の値を「局所最大値」と呼びます。確実に(局所でない大局的な)最大値を見つける方法は見つかっていません。

質問者さんの方法でも(局所)最大値は見つかりますが、多くの場合、x1~x5 をそれぞれ少しだけ値を振って(Δx)、その時の y の変化が大きい方に、より動いていく、というやり方をします。例えて言えば、山登りで霧がたち込めていて頂上が見えない場合、足下の周辺の地面だけを見て、最も傾斜が急な方向に次の一歩を踏み出す(次の x1~x5 を決める)わけです。この方法は No.1 さんのおっしゃるように「山登り法」と呼ばれており、質問者さんの方法より速く(少ない歩数で)(局所)最大値に達することができます。

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Q∂f/∂x=∂f/∂yの表される解を考えてみました

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(1)を満たす解f(x,y)はz=x+yとしてf(x,y)=C(z) (C(z)はzについて微分可能な任意関数)である。
しかしこの解がそれ以外で表されるか否かというのを考えてみました。

(考察)
f(x,y)が(1)の解であるならば、zを任意の定数として固定してy=-x+zのとき
合成関数の微分法を用いて
df(x,-x+z)/dx=0 である。
これをf(x,-x+z)について解くと、f(x,-x+z)=C(z) (C(z)はzのみに依存する任意関数)

すなわち df(x,-x+z)/dx=0 ⇔ f(x,-x+z)=C(z) 
                  ⇔ f(x,y)=C(x+y)  ・・・・・・・・・・・(2)
しかし(1)に代入するとC(x+y)はx+yについて微分可能でないといけないことが分かるので
結局(2)は
 df(x,-x+z)/dx=0 ⇔ f(x,y)=C(x+y) (C(x+y)はx+yについて微分可能な任意関数) ・・・・・・(2)'

となる。
逆に(1)を満たす解の中でf(x,y)=C(x+y)の形以外の適当なx,yに依存する関数F(x,y)を考える。
y=-x+z(zは任意定数)と制限されれば x+yのみに依存する任意関数C(x+y)をとっても
F(x,y)≠C(x+y)であるから (2)'からdF(x,-x+z)/dx≠0    
つまりy=-x+zのとき
dF(x,-x+z)/dx=∂F/∂x+dy/dx・∂F/∂y=∂F/∂x -∂F/∂y≠0 で
このときF(x,y)は(1)を満たさない。

したがって(1)を満たす解はz=x+yとして
f(x,y)=C(z) (C(z)はzについて任意の微分可能な関数)でしか表せない事が分かった。

この説明方法に誤り、アドバイスあれば指摘してください。
問題は(1)の解でy=-x+zと制限すれば必ずdf(x,-x+z)/dx=0なるという情報が分かっている。
F(x,y)をy=-x+zで制限されたときF(x,-x+z)/dx ≠0だから(1)はこのとき満たされないため
f(x,y)=C(x+y)のみしか表せないと考えたのであるが、それでよいかどうか。


fが(1)の解 ⇒ y=-x+zのとき df(x,-x+z)/dx=0
これより  y=-x+zのときdF(x,-x+z)/dx≠0 ⇒ Fは(1)の解でない 
だから
(1)の解はf(x,y)=C(x+y)のみというのが自分の考え。

∂f/∂x=∂f/∂y ・・・・・・・(1) の解について

(1)を満たす解f(x,y)はz=x+yとしてf(x,y)=C(z) (C(z)はzについて微分可能な任意関数)である。
しかしこの解がそれ以外で表されるか否かというのを考えてみました。

(考察)
f(x,y)が(1)の解であるならば、zを任意の定数として固定してy=-x+zのとき
合成関数の微分法を用いて
df(x,-x+z)/dx=0 である。
これをf(x,-x+z)について解くと、f(x,-x+z)=C(z) (C(z)はzのみに依存する任意関数)

すなわち df(x,-x+z)/dx=0 ⇔ f(x,-x+z)=C(z) 
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Aベストアンサー

よいと思います。
(x,y) から (x,z), z=x+y へ
変数変換して考えたのですね。

(x,y) から (z,w), z=x+y, w=x-y へ
変換して考えてみても、x を共用しないので
解りやすいかもしれません。

Qx1=(1,1,1),x2=(1,1,-1),x3=(1,-1,-1)をC^3の基底,{y1,y2,y3}がその双対基底でx=(0,1,0)の時,y1(x),y

[問] ベクトルx1=(1,1,1),x2=(1,1,-1),x3=(1,-1,-1)をC^3の基底とする。
{y1,y2,y3}がその双対基底でx=(0,1,0)の時、
y1(x),y2(x),y3(x)を求めよ。

という問題の解き方をお教え下さい。

双対基底とは
{f;fはF線形空間VからFへの線形写像}
という集合(これをV*と置く)において、
V(dimV=nとする)の一組基底を{v1,v2,…,vn}とすると
fi(vj)=δij(:クロネッカーのデルタ)で定めるV*の部分集合
{f1,f2,…,fn}はV*の基底となる。これを{v1,v2,…,vn}の双対基底と呼ぶ。

まず、
C^3の次元は6(C^3の基底は(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1),(i,0,0),(0,i,0),(0,0,i))
だと思うので上記のx1,x2,x3は基底として不足してると思うのです(もう3ベクトル必要?)。

うーん、どのようにしたらいいのでしょうか?

Aベストアンサー

>C^3の次元は6(

これが間違え.
「x1=(1,1,1),x2=(1,1,-1),x3=(1,-1,-1)をC^3の基底」
といってるんだから,係数体はRではなく,C.

あとは定義にしたがって,
dualな基底を書き下せばいいだけ.
y1(x1)=1,y1(x2)=y1(x3)=0であって
v=ax1+bx2+cx2と表わせるわけだし,
v=(v1,v2,v3)とすれば,a,b,cはv1,v2,v3で表現できる
#単なる基底変換の問題.

Q偏微分方程式 (∂^2 u)/(∂x∂y)=0続き

※つい先ほど、質問させていただいた
偏微分方程式 (∂^2 u)/(∂x∂y)=0
http://okwave.jp/qa/q8116262.html
の続き(後半)です。
また、先週、質問させていただいた
「偏微分方程式 (∂^2 u)/(∂x^2)=0」
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/8102140.html
にも関連しています(ややこしくて、すみません)。

u を x と y の関数として、次の偏微分方程式の解 u(x,y) の形を求めよ。

(∂^2 u)/(∂x∂y)=0

模範解答
(∂/∂x)(∂u/∂y)=0 であるから、

     ∂u/∂y = φ(y)
     (φ(y)はyの任意の関数)

である。したがって、

     u = ∫φ(y)dy + θ(x)     ←これに至るまでの過程が分かりません
      = φ_1(y) + θ(x)
     (θ(x), φ_1(y)はそれぞれxおよびyの任意の関数)

となる。

・・・と本に書いてあります。
u = ∫φ(y)dy + θ(x) に至るまでの過程が分かりません。

上記の「∂u/∂y = φ(y)
     (φ(y)はyの任意の関数)
である。」以降を自分なりに解いてみますと:

次に
     (∂/∂y){y・φ(y)} = φ(y)
となることを活かして
     ∂u/∂y = (∂/∂y){y・φ(y)}
と変形する。これを移項して
     ∂u/∂y - (∂/∂y){y・φ(y)} = 0
     (∂/∂y){u - y・φ(y)} = 0
w = u - y・φ(y)とおけば
     ∂w/∂y = 0
となるので、例題の(1)式(http://oshiete.goo.ne.jp/qa/8102140.html参照のこと)と同様にして
     w = θ(x)
     (θ(x)はxの任意の関数)
u - y・φ(y) = wと戻すと
     u - y・φ(y) = θ(x)
     u = y・φ(y) + θ(x)
(θ(x), φ(y)はそれぞれxおよびyの任意の関数)

・・・となりました。
どのタイミングでu = ∫φ(y)dy + θ(x)にしないといけないのか、
そして、たとえ∂u/∂y = φ(y)の両辺をyで積分したとしても、
なぜいきなりθ(x)が出てきたのか分かりません。

ちなみに本の模範解答のφ_1(y)って、
φ(y)をyで掛けようが割ろうがyの任意の関数であることには変わりはないので、
もしかして私が出した答えのy・φ(y)と同じ意味でしょうか?

いろいろ質問してすみません。どうか教えて下さい。お願いします。

※つい先ほど、質問させていただいた
偏微分方程式 (∂^2 u)/(∂x∂y)=0
http://okwave.jp/qa/q8116262.html
の続き(後半)です。
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「偏微分方程式 (∂^2 u)/(∂x^2)=0」
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/8102140.html
にも関連しています(ややこしくて、すみません)。

u を x と y の関数として、次の偏微分方程式の解 u(x,y) の形を求めよ。

(∂^2 u)/(∂x∂y)=0

模範解答
(∂/∂x)(∂u/∂y)=0 であるから、

     ∂u/∂y = φ(y)
     (φ(y)はyの任意の関数)

である。したがっ...続きを読む

Aベストアンサー

>「∂u/∂y = φ(y) (φ(y)はyの任意の関数)である。」

>u = ∫φ(y)dy + θ(x)     
>←これに至るまでの過程が分かりません

過程などありません。
yについての不定積分だから
原始関数:∫φ(y)dy
に積分定数を加えただけです。yについての不定積分なので
xについての任意関数θ(x)が積分定数となります。
ただそれだけのことです。

>      = φ_1(y) + θ(x)
(θ(x), φ_1(y)はそれぞれxおよびyの任意の関数)>
上述の原始関数:∫φ(y)dyは積分形なので改めて
原始関数φ_1(y)で置き換えただけです。

>次に
>     (∂/∂y){y・φ(y)} = φ(y)
>となることを活かして
とはなりません。
(∂/∂y){y・φ(y)} = φ(y)+yφ'(y)
ですよ。
なので、あなたの折角の苦労も無駄でしたね。

Q多変数関数f(x,y)の多変数関数g(x,y)による微分∂f/∂gを計

多変数関数f(x,y)の多変数関数g(x,y)による微分∂f/∂gを計算するには?

xとyに関する多変数関数f(x,y)と、g(x,y)が与えられたとき、微分∂f/∂gを計算するにはどうしたらよいでしょうか?(そもそも偏微分なのだろうか?)

具体例で考えます。

f(x,y) = (x+2y)^2
g(x,y) = x+2y

である場合。当然∂f/∂g = 2 gです。このような場合は問題ありませんが、

f(x,y) = x + 3y
g(x,y) = x + 2y

のような場合はどのように考えたらよいのでしょうか?

全微分の関係を使って考えてみました。

df(x,y) = (∂f/∂x) dx + (∂f/∂y) dy + O(dx,dy)
= dx + 3 dy + O(dx,dy)

dg(x,y) = (∂g/∂x) dx + (∂g/∂y) dy + O(dx,dy)
= dx + 2 dy + O(dx,dy)

∂f/∂g = limit_{dx→0,dy→0} df/dg を考えれば良いのではないかと。

どの方向から極限をとっても極限値が変わらないと仮定して、
つまりdx = dyとして、極限を考えると。

∂f/∂g = 4/3

とても正しいとは思えないのですが、他にどう考えればよいのかわからず悩んでいます。
そもそも、微分が存在しないと言うことなのでしょうか?

質問は以下の2点です。
(1)この様な場合、どのように考えていけばいいのでしょうか?
(2)この様な微分に関して、数学的に何か名前があるのでしょうか?分野名など。

以上
よろしくお願いします。

多変数関数f(x,y)の多変数関数g(x,y)による微分∂f/∂gを計算するには?

xとyに関する多変数関数f(x,y)と、g(x,y)が与えられたとき、微分∂f/∂gを計算するにはどうしたらよいでしょうか?(そもそも偏微分なのだろうか?)

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のような場合はどのように考えたらよいのでしょうか?

全微分の関係を使って考えてみました。

df(x,y) = (∂f/∂x) dx + (∂f/∂...続きを読む

Aベストアンサー

#2です。

A#2の補足に関連して

偏微分の定義に帰って考えれば理解しやすいかと思います。

∂f/∂gを考える場合
g=x+2y=uとしてuを1つの変数として考え、偏微分ですからf=x+3yをuとu以外の他の変数vを使って f(x,y)→f(u,v)の様に表現しないといけません。
そしてuで偏微分するときはv=ー定(定数)として扱わないといけません。
A#2では 
u=x+2y,v=yという変数変換を使い、∂f/∂⇔∂(u+v)/∂uで定義しています。
g=x+2y=uと1つの変数で置き換えx+2yは一固まりとして扱わないといけません。
このとき f=u+v, v=yと書けますので、他の一定とみなすべき変数vはyに相当します。
v=y=一定とした時
∂f/∂g=∂(u+v)/∂u=1 (v=y=一定の元で偏微分が存在し定義される)
となります。

また、A#2の補足の疑問点の場合には
g=x+2y=u,f=u+u/2-x/2=(3/2)u-vと変形できるので
u=x+2y,v=x/2という変数変換を使い、∂f/∂g⇔∂((3/2)u-v)/∂uで定義しています。
この偏微分では、
v=x/2=一定とした時
∂f/∂g⇔∂((3/2)u-v)/∂u=3/2 (v=x/2=一定の元で偏微分が存在し定義される)
となります。

偏微分の変数u,vの定義(変数変換)が異なれば、その変数で定義される
∂f/∂g=∂f(u,v)/∂u
のf(u,v)が異なってきますので偏微分も異なってくるのは当然のことです。

元の独立変数x,yに戻って考えれば、yを一定にして∂f/∂gを考えるか、
xを一定にして∂f/∂gを考えるか、といった立場の違いにより、偏導関数も
異なってくるということですね。

#2です。

A#2の補足に関連して

偏微分の定義に帰って考えれば理解しやすいかと思います。

∂f/∂gを考える場合
g=x+2y=uとしてuを1つの変数として考え、偏微分ですからf=x+3yをuとu以外の他の変数vを使って f(x,y)→f(u,v)の様に表現しないといけません。
そしてuで偏微分するときはv=ー定(定数)として扱わないといけません。
A#2では 
u=x+2y,v=yという変数変換を使い、∂f/∂⇔∂(u+v)/∂uで定義しています。
g=x+2y=uと1つの変数で置き換えx+2yは一固まりとして扱わないといけません。
このとき f=u+v, v=yと書...続きを読む


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