题(6)详细推导过程

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题(6)详细推导过程

以下是第1大题第(6)小题: z=(1+xy)yz = (1+xy)^y 的详细推导过程。


一、函数类型判断#

z=(1+xy)yz=(1+xy)^y 是幂指函数:

  • 底数 (1+xy)(1+xy) 含 xx
  • 指数 yy 含 yy

两个变量既在底数又在指数,不能直接用幂函数法则或指数函数法则,需要取对数转化为隐函数求导。


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

思路:视 yy 为常数,此时函数变为”底数含 xx、指数为常数 yy“的幂函数,直接用幂函数求导法则。

z=(1+xy)yz = (1+xy)^y

令 u=1+xyu = 1+xy,则 z=uyz = u^y(yy 为常数)

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

=y⋅(1+xy)y−1⋅y= y\cdot(1+xy)^{y-1}\cdot y

∂z∂x=y2(1+xy)y−1\boxed{\frac{\partial z}{\partial x} = y^2(1+xy)^{y-1}}


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

思路:视 xx 为常数,此时 yy 既在底数又在指数,必须用对数求导法。

第一步:两边取自然对数#

ln⁡z=ln⁡[(1+xy)y]=yln⁡(1+xy)\ln z = \ln\left[(1+xy)^y\right] = y\ln(1+xy)

第二步:两边对 yy 求偏导(视 xx 为常数)#

左边(隐函数求导): ∂∂y(ln⁡z)=1z⋅∂z∂y\frac{\partial}{\partial y}(\ln z) = \frac{1}{z}\cdot\frac{\partial z}{\partial y}

右边(乘积法则:yy 与 ln⁡(1+xy)\ln(1+xy) 相乘): ∂∂y[yln⁡(1+xy)]=1⋅ln⁡(1+xy)+y⋅∂∂y[ln⁡(1+xy)]\frac{\partial}{\partial y}\left[y\ln(1+xy)\right] = 1\cdot\ln(1+xy) + y\cdot\frac{\partial}{\partial y}\left[\ln(1+xy)\right]

其中: ∂∂y[ln⁡(1+xy)]=11+xy⋅x=x1+xy\frac{\partial}{\partial y}\left[\ln(1+xy)\right] = \frac{1}{1+xy}\cdot x = \frac{x}{1+xy}

所以右边整体为: ln⁡(1+xy)+y⋅x1+xy=ln⁡(1+xy)+xy1+xy\ln(1+xy) + y\cdot\frac{x}{1+xy} = \ln(1+xy) + \frac{xy}{1+xy}

第三步:整理求解 ∂z∂y\dfrac{\partial z}{\partial y}#

1z⋅∂z∂y=ln⁡(1+xy)+xy1+xy\frac{1}{z}\cdot\frac{\partial z}{\partial y} = \ln(1+xy) + \frac{xy}{1+xy}

两边同乘 zz: ∂z∂y=z[ln⁡(1+xy)+xy1+xy]\frac{\partial z}{\partial y} = z\left[\ln(1+xy) + \frac{xy}{1+xy}\right]

将 z=(1+xy)yz=(1+xy)^y 代回:

∂z∂y=(1+xy)y[ln⁡(1+xy)+xy1+xy]\boxed{\frac{\partial z}{\partial y} = (1+xy)^y\left[\ln(1+xy) + \frac{xy}{1+xy}\right]}


四、结果汇总#

偏导数结果
∂z∂x\dfrac{\partial z}{\partial x}y2(1+xy)y−1y^2(1+xy)^{y-1}
∂z∂y\dfrac{\partial z}{\partial y}(1+xy)y[ln⁡(1+xy)+xy1+xy](1+xy)^y\left[\ln(1+xy) + \dfrac{xy}{1+xy}\right]

五、关键要点与易错警示#

要点说明
对 xx 求偏导yy 视为常数,按幂函数 (un)′=nun−1u′(u^n)'=nu^{n-1}u' 处理
对 yy 求偏导yy 既在底数又在指数,必须取对数,不能直接用幂函数法则
常见错误对 yy 求导时若直接用幂函数法则会得到 y(1+xy)y−1⋅xy(1+xy)^{y-1}\cdot x,这遗漏了指数中也含 yy 的导数贡献
对数求导法本质把”幂指函数”变成”乘积函数”,从而可以用乘积法则

如需进一步验证,可以取具体数值代入检验,例如令 x=1,y=2x=1,y=2,分别用定义法和公式法对比结果。

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题(6)详细推导过程
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作者
Boyuan
发布于
2026-05-24
许可协议
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