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求更简便的偏微分证明方法:证∂_y(θ)=cos(θ)/r

更简便的证明方法

其实你完全可以从θ的显式表达式入手直接求偏导,步骤会简洁很多:

首先,我们知道在直角坐标系下,θ可以表示为:
$$\theta = \arctan\left(\frac{y}{x}\right)$$

现在我们要计算$\partial_y(\theta)$(也就是固定x时,θ对y的偏导数),直接对y求导即可:
$$
\partial_y(\theta) = \frac{1}{1 + \left(\frac{y}{x}\right)^2} \cdot \frac{\partial}{\partial_y}\left(\frac{y}{x}\right)
$$

化简这个式子:

  1. 先处理分母的分式:$1 + \left(\frac{y}{x}\right)^2 = \frac{x^2 + y2}{x2}$
  2. 分子的偏导项:$\frac{\partial}{\partial_y}\left(\frac{y}{x}\right) = \frac{1}{x}$

把两者代入后:
$$
\partial_y(\theta) = \frac{x2}{x2 + y^2} \cdot \frac{1}{x} = \frac{x}{x^2 + y^2}
$$

再用极坐标的替换关系:$x = r\cos(\theta)$,且$x^2 + y^2 = r^2$,代入后就得到:
$$
\partial_y(\theta) = \frac{r\cos(\theta)}{r^2} = \frac{\cos(\theta)}{r}
$$

你之前的方法是通过绕到$\partial_\theta(r)$再推导,虽然逻辑没问题,但确实绕了弯路,直接从θ的定义出发一步到位会更高效。

内容的提问来源于stack exchange,提问作者MathGuru

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