如何分解恰当微分?求对应原函数df表示$(x+y)dx + (x-y)dy$
别担心,我来一步步带你找到这个恰当微分的原函数!你已经判断对了——这确实是恰当微分,因为$\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{\partial N}{\partial x} = 1$(这里$M = x+y$,$N = x-y$),只是之前试的$\frac{1}{2}(x+y)^2$没能匹配上$-y$项,那咱们用标准的恰当微分求原函数的方法来搞定:
步骤1:对$M$关于$x$积分(把$y$视为常数)
既然$M = \frac{\partial f}{\partial x} = x + y$,我们对$x$做不定积分:
f(x,y) = ∫(x + y)dx + g(y)
计算这个积分后得到:
f(x,y) = ½x² + xy + g(y)
这里的$g(y)$不是普通的常数哦——因为我们是对$x$积分,所以这个“积分常数”其实是只关于$y$的函数,接下来就要用$N$的条件来确定它。
步骤2:利用$N = \frac{\partial f}{\partial y}$求解$g(y)$
我们已知$N = x - y = \frac{\partial f}{\partial y}$,那对步骤1得到的$f(x,y)$求关于$y$的偏导数:
∂f/∂y = x + g’(y)
把这个结果和$N = x - y$对比,就能得到:
x + g’(y) = x - y
两边消去$x$,直接得出:
g’(y) = -y
步骤3:对$g’(y)$积分得到$g(y)$
现在对$g’(y) = -y$做不定积分:
g(y) = ∫-y dy = -½y² + C
这里的$C$是任意常数,如果只需要一个原函数的话,完全可以取$C=0$。
步骤4:组合得到最终的原函数
把$g(y)$代入步骤1的$f(x,y)$表达式,就得到了完整的原函数:
f(x,y) = ½x² + xy - ½y² + C
也可以整理成更简洁的形式:
f(x,y) = ½(x² + 2xy - y²) + C
验证一下正确性
咱们来核对偏导数:
- 对$x$求偏导:$\frac{\partial f}{\partial x} = x + y$,正好对应题目里的$(x+y)dx$项;
- 对$y$求偏导:$\frac{\partial f}{\partial y} = x - y$,完美匹配$(x-y)dy$项!
至于你之前试的$\frac{1}{2}(x+y)^2$,展开后是$\frac{1}{2}x² + xy + \frac{1}{2}y²$,它的$y$偏导是$x + y$,和题目里的$N=x-y$差了$-2y$,这就是为什么得不到负$y$项的原因——少了$-½y²$这个关键项呀。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者oldselflearner1959

