二阶偏导数的求法可以分为以下步骤:
求一阶偏导数
设二元函数为 $z = f(x, y)$,首先求该函数关于 $x$ 的一阶偏导数 $\frac{\partial z}{\partial x}$,记作 $f'_x(x, y)$。
同样地,求该函数关于 $y$ 的一阶偏导数 $\frac{\partial z}{\partial y}$,记作 $f'_y(x, y)$。
求二阶偏导数
对 $x$ 的二阶偏导数:$\frac{\partial^2 z}{\partial x^2} = \frac{\partial}{\partial x} \left( \frac{\partial z}{\partial x} \right) = \frac{\partial f'_x(x, y)}{\partial x}$。
对 $y$ 的二阶偏导数:$\frac{\partial^2 z}{\partial y^2} = \frac{\partial}{\partial y} \left( \frac{\partial z}{\partial y} \right) = \frac{\partial f'_y(x, y)}{\partial y}$。
混合偏导数:
先对 $x$ 求导再对 $y$ 求导:$\frac{\partial^2 z}{\partial x \partial y} = \frac{\partial}{\partial y} \left( \frac{\partial z}{\partial x} \right) = \frac{\partial f'_x(x, y)}{\partial y}$。
先对 $y$ 求导再对 $x$ 求导:$\frac{\partial^2 z}{\partial y \partial x} = \frac{\partial}{\partial x} \left( \frac{\partial z}{\partial y} \right) = \frac{\partial f'_y(x, y)}{\partial x}$。
示例
设二元函数 $z = f(x, y) = \sin\left(\frac{x}{y}\right)$,求 $\frac{\partial^2 z}{\partial x^2}$ 和 $\frac{\partial^2 z}{\partial y^2}$。
求一阶偏导数
$\frac{\partial z}{\partial x} = \cos\left(\frac{x}{y}\right) \cdot \frac{1}{y}$
$\frac{\partial z}{\partial y} = -\sin\left(\frac{x}{y}\right) \cdot \frac{x}{y^2}$
求二阶偏导数
$\frac{\partial^2 z}{\partial x^2} = \frac{\partial}{\partial x} \left( \frac{\cos\left(\frac{x}{y}\right)}{y} \right) = -\sin\left(\frac{x}{y}\right) \cdot \frac{1}{y^2} - \cos\left(\frac{x}{y}\right) \cdot \frac{1}{y^2}$
$\frac{\partial^2 z}{\partial y^2} = \frac{\partial}{\partial y} \left( -\sin\left(\frac{x}{y}\right) \cdot \frac{x}{y^2} \right) = \cos\left(\frac{x}{y}\right) \cdot \frac{x}{y^3} - 2\sin\left(\frac{x}{y}\right) \cdot \frac{x}{y^3}$
总结
通过以上步骤,我们可以求出二元函数 $z = f(x, y)$ 的二阶偏导数。关键在于先求出函数的一阶偏导数,然后利用一阶偏导数再求出二阶偏导数。对于混合偏导数,可以先对其中一个变量求导,再对另一个变量求导,结果是一样的。