第(7)题详解

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第(7)题详解

以下是第1大题第(7)小题: u=xyzu = x^{\frac{y}{z}} 的详细推导过程。


一、函数类型判断#

u=xyzu = x^{\frac{y}{z}} 是幂指函数(底数和指数都含变量),且是三元函数(变量为 x,y,zx, y, z)。

统一采用对数求导法,先取对数: ln⁡u=yzln⁡x\ln u = \frac{y}{z}\ln x


二、对 xx 求偏导数 ∂u∂x\dfrac{\partial u}{\partial x}#

思路:视 y,zy, z 为常数,则 yz\dfrac{y}{z} 是常数,函数变为幂函数 u=x常数u = x^{\text{常数}}。

方法一:直接用幂函数法则#

∂u∂x=yz⋅xyz−1\frac{\partial u}{\partial x} = \frac{y}{z}\cdot x^{\frac{y}{z}-1}

方法二:对数求导法验证#

对 ln⁡u=yzln⁡x\ln u = \dfrac{y}{z}\ln x 两边对 xx 求偏导:

左边(链式法则): ∂∂x(ln⁡u)=1u⋅∂u∂x\frac{\partial}{\partial x}(\ln u) = \frac{1}{u}\cdot\frac{\partial u}{\partial x}

右边(视 y,zy,z 为常数): ∂∂x(yzln⁡x)=yz⋅1x\frac{\partial}{\partial x}\left(\frac{y}{z}\ln x\right) = \frac{y}{z}\cdot\frac{1}{x}

联立: 1u⋅∂u∂x=yzx\frac{1}{u}\cdot\frac{\partial u}{\partial x} = \frac{y}{zx}

∂u∂x=u⋅yzx=xyz⋅yzx=yzxyz−1\frac{\partial u}{\partial x} = u\cdot\frac{y}{zx} = x^{\frac{y}{z}}\cdot\frac{y}{zx} = \frac{y}{z}x^{\frac{y}{z}-1}

∂u∂x=yzxyz−1\boxed{\frac{\partial u}{\partial x} = \frac{y}{z}x^{\frac{y}{z}-1}}


三、对 yy 求偏导数 ∂u∂y\dfrac{\partial u}{\partial y}#

思路:视 x,zx, z 为常数,则 xx 是常数底数,指数 yz\dfrac{y}{z} 含 yy,函数变为指数函数 u=ayzu = a^{\frac{y}{z}}(a=xa=x 为常数)。

对 ln⁡u=yzln⁡x\ln u = \dfrac{y}{z}\ln x 两边对 yy 求偏导:

左边: 1u⋅∂u∂y\frac{1}{u}\cdot\frac{\partial u}{\partial y}

右边(视 x,zx,z 为常数): ∂∂y(yzln⁡x)=1zln⁡x\frac{\partial}{\partial y}\left(\frac{y}{z}\ln x\right) = \frac{1}{z}\ln x

联立: 1u⋅∂u∂y=ln⁡xz\frac{1}{u}\cdot\frac{\partial u}{\partial y} = \frac{\ln x}{z}

∂u∂y=u⋅ln⁡xz=xyz⋅ln⁡xz\frac{\partial u}{\partial y} = u\cdot\frac{\ln x}{z} = x^{\frac{y}{z}}\cdot\frac{\ln x}{z}

∂u∂y=ln⁡xz xyz\boxed{\frac{\partial u}{\partial y} = \frac{\ln x}{z}\,x^{\frac{y}{z}}}


四、对 zz 求偏导数 ∂u∂z\dfrac{\partial u}{\partial z}#

思路:视 x,yx, y 为常数,指数 yz=yz−1\dfrac{y}{z} = yz^{-1} 含 zz。

对 ln⁡u=yzln⁡x\ln u = \dfrac{y}{z}\ln x 两边对 zz 求偏导:

左边: 1u⋅∂u∂z\frac{1}{u}\cdot\frac{\partial u}{\partial z}

右边(视 x,yx,y 为常数,注意 zz 在分母): ∂∂z(yzln⁡x)=yln⁡x⋅∂∂z(z−1)=yln⁡x⋅(−1)z−2=−yln⁡xz2\frac{\partial}{\partial z}\left(\frac{y}{z}\ln x\right) = y\ln x\cdot\frac{\partial}{\partial z}\left(z^{-1}\right) = y\ln x\cdot(-1)z^{-2} = -\frac{y\ln x}{z^2}

联立: 1u⋅∂u∂z=−yln⁡xz2\frac{1}{u}\cdot\frac{\partial u}{\partial z} = -\frac{y\ln x}{z^2}

∂u∂z=u⋅(−yln⁡xz2)=−xyz⋅yln⁡xz2\frac{\partial u}{\partial z} = u\cdot\left(-\frac{y\ln x}{z^2}\right) = -x^{\frac{y}{z}}\cdot\frac{y\ln x}{z^2}

∂u∂z=−yln⁡xz2 xyz\boxed{\frac{\partial u}{\partial z} = -\frac{y\ln x}{z^2}\,x^{\frac{y}{z}}}


五、结果汇总#

偏导数结果
∂u∂x\dfrac{\partial u}{\partial x}yzxyz−1\dfrac{y}{z}x^{\frac{y}{z}-1}
∂u∂y\dfrac{\partial u}{\partial y}ln⁡xz xyz\dfrac{\ln x}{z}\,x^{\frac{y}{z}}
∂u∂z\dfrac{\partial u}{\partial z}−yln⁡xz2 xyz-\dfrac{y\ln x}{z^2}\,x^{\frac{y}{z}}

六、关键要点#

求导对象处理方式本质
对 xx幂函数法则指数 yz\frac{y}{z} 视为常数
对 yy指数函数法则底数 xx 视为常数,指数线性变化
对 zz指数函数法则 + 幂法则底数 xx 视为常数,指数 yz\frac{y}{z} 用幂法则求导

统一技巧:遇到 u=xyzu = x^{\frac{y}{z}} 这类幂指函数,先取对数 ln⁡u=yzln⁡x\ln u = \frac{y}{z}\ln x,再对各自变量求偏导,是最稳妥的方法。

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Published at
2026-05-24
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