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高階偏導関数

2変数関数 \( z = f(x,y) \) の2階以上の偏微分について。

1階偏導関数

$$ \frac{\partial f}{\partial x}, \quad \frac{\partial f}{\partial y}$$

2階偏導関数

\begin{eqnarray}
\frac{\partial}{\partial x} \left(\frac{\partial f}{\partial x}\right) &=& \frac{\partial^2 f}{\partial x^2}\\
\frac{\partial}{\partial x} \left(\frac{\partial f}{\partial y} \right) &=& \frac{\partial^2 f}{\partial x\partial y}\\
\frac{\partial}{\partial y} \left(\frac{\partial f}{\partial x} \right) &=& \frac{\partial^2 f}{\partial y\partial x} \\
\frac{\partial}{\partial y} \left(\frac{\partial f}{\partial y} \right) &=& \frac{\partial^2 f}{\partial y^2}
\end{eqnarray}

3階偏導関数

$$ \frac{\partial}{\partial x} \left(\frac{\partial^2 f}{\partial x\partial y}\right) = \frac{\partial^3 f}{\partial x^2 \partial y} , \ \ \mbox{etc.}$$

偏微分の順序に関する定理

2階偏導関数について,偏微分の順序を変えてもよい。すなわち,
$$\frac{\partial^2 f}{\partial x\partial y} = \frac{\partial^2 f}{\partial y\partial x}, $$

3階以上の高次偏導関数についても同様。