技術士 過去問
令和6年度(2024年)
問13 (基礎科目「解析に関するもの」 問1)
問題文
f=f(x,y)
g=g(x,y)
の関係があるとする。このとき、関数u(f,g)のf,g による偏微分と x,y による偏微分は次式によって関連付けられる。
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問題
技術士試験 令和6年度(2024年) 問13(基礎科目「解析に関するもの」 問1) (訂正依頼・報告はこちら)
f=f(x,y)
g=g(x,y)
の関係があるとする。このとき、関数u(f,g)のf,g による偏微分と x,y による偏微分は次式によって関連付けられる。
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この過去問の解説 (2件)
01
本問題のポイントは、合成関数の偏微分です。
関数u(f, g)は、u(f(x,y), g(x,y))となります。これは、2変数関数の中に2変数関数がある合成関数です。
合成関数uをxとyで偏微分すると下記のようになります。
したがって本選択肢が正解です。
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02
ヤコビ行列は、変数の変換 (x,y) → (f,g)における「微分関係(変化率の関係)」を表す行列です。
この場合、(x, y) を少しだけ変化させたときに (f, g) がどのように変化するかを示します。
関数 f、g は変数 x、y の関数であり、u は f、g の関数として次のように定義されます。
f = f (x, y)
g = g (x, y)
u = u (f, g)
変数 (x, y) から (f, g) への変換におけるヤコビ行列 [J] は、
次のように表されます。
[J] =
[ (∂f/∂x) (∂f/∂y) ]
[ (∂g/∂x) (∂g/∂y)]
偏微分の関係式(連鎖律)
因みにu を x, y で偏微分したものは、
ヤコビ行列 [J] と u の f、g に関する偏微分を使って次のように表されます。
Tは転置を示す。
[ (∂u/∂x) ] = [J]T×[ (∂u/∂f) ]
[ (∂u/∂y) ] [ (∂u/∂g) ]
したがって、ヤコビ行列 [J] の適切な表記は次のとおりです。
[J] =
[ (∂f/∂x) (∂f/∂y) ]
[ (∂g/∂x) (∂g/∂y) ]
この行列は、(x, y) → (f, g) の変換における微分関係を表す基本的な形となります。
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