1Exercise 9.2
- 1.
(9.2.2)
- (a).
.
- (b).
注意到
(1.1)因此.
- (c).
.
- (d).
.
- (a).
- 2.
(9.2.3) .
- 3.
(9.2.4) 由题意,
- 4.
(9.2.6) 参数方程为因此切向量
(1.2)从而与轴的夹角为.
- 5.
(9.2.8) 由题意,
- 6.
(9.2.11) 直角坐标系下计算略,以下另外给两种解法:
- (a).
Method 1: 采用球坐标下的Laplacian(背公式法),即
(1.3)由于,即函数只与位矢的长度有关,故仅取第一项,容易证明.
- (b).
Method 2: 采用不依赖于坐标系的Leibniz公式方法(不背公式法,推荐). 容易看出,因此
(1.4)类似地,另外两问也容易证明:
(1.5)(1.6)
- (a).
- 7.
(9.2.13)
- (a).
.
- (b).
,因此.
- (a).
- 8.
(9.2.15) 注意到,且,故
(1.7)可见当沿任一过极坐标原点的曲线趋于原点时,上述极限不存在,故在原点不可微.
- 9.
(9.2.16) 先证明连续性:
(1.8)其中已利用夹逼准则. 再证明不可微:由定义容易证明1,因此
(1.9)例如当从不同方向沿射线趋于原点时,上述极限值不同,故该极限不存在,从而在原点不可微.
- 10.
(9.2.20)
- (a).
.
- (b).
易求,二阶偏导给同学们一个防止漏项的求解示范:
(1.10) - (c).
.
- (a).
- 11.
(9.2.25) .
- 12.
(9.2.26) .
- 13.
(9.2.27) .
- 14.
(9.2.28) Trivial,懒得写了.
- 15.
(9.2.32) 对于有显示解的变量代换方程组,千万不要上来就剥蒜! 这里还是给两种不同解法,适合不同宝宝体质(雾).
- (a).
Method 1: 简单易懂的方法——反解方程组得到关于的表达式,这样只用算一次二阶偏导(原本要算三次),即从而
(1.11)对比和的系数比,解得.
- (b).
Method 2: PDE降维打击(视情况可能习题课讲点),这是二阶线性齐次PDE,因此解以下方程:
(1.12)即和. 因此对于此双曲型方程,作变量代换,必然可将其简化为. 对比系数可知,.
- (a).
2Exercise 9.3
- 1.
(9.3.1 (1)) 由题意,记,则
(2.1)可见在的区域内均有,该方程在点附近有唯一解,且
(2.2)注计算隐函数在定点的高阶导时,可将其中已计算出的低阶导数值整体代入,不必再代入其代数表达式.
- 2.
(9.3.2)
- (a).
按汪爷爷提到的书写规范,记,则
(2.3) - (b).
注意到可完整构成全微分,故对原方程取微分,避免两次计算微分(偏导数):
(2.4)从中可得.
- (a).
- 3.
(9.3.4 (1)) 由题意,
(2.5)