Раздел II. Дифференциальное исчисление функций одной переменной§ 5. Производные и дифференциалы высших порядков

Демидович — задача 1177

Б. П. Демидович, «Сборник задач и упражнений по математическому анализу». Условие и подробное решение по шагам.

Задача 1177

y=eu;y=e^u;найти d4yd^4y.

Решение

Идея

Найдём дифференциалы последовательно, учитывая, что d(dnu)=dn+1ud(d^n u) = d^{n+1} u и применяя правила дифференцирования произведения:
dy=eududy = e^u dud2y=d(eudu)=d(eu)du+eud(du)=eu(du)2+eud2u=eu(du2+d2u)d^2y = d(e^u du) = d(e^u)du + e^u d(du) = e^u (du)^2 + e^u d^2u = e^u(du^2 + d^2u)Найдём третий дифференциал:d3y=d^3y\mathrel{=}d[eu(du2+d2u)]=d[e^u(du^2 + d^2u)]\mathrel{=}d(eu)(du2+d2u)+eud(du2+d2u)=d(e^u)(du^2 + d^2u) + e^u d(du^2 + d^2u)\mathrel{=}eudu(du2+d2u)+eu(2dud2u+d3u)=e^u du(du^2 + d^2u) + e^u(2du \, d^2u + d^3u)\mathrel{=}eu(du3+dud2u+2dud2u+d3u)=e^u(du^3 + du \, d^2u + 2du \, d^2u + d^3u)\mathrel{=}eu(du3+3dud2u+d3u)e^u(du^3 + 3du \, d^2u + d^3u)Найдём четвёртый дифференциал:d4y=d^4y\mathrel{=}d[eu(du3+3dud2u+d3u)]=d[e^u(du^3 + 3du \, d^2u + d^3u)]\mathrel{=}d(eu)(du3+3dud2u+d3u)+eud(du3+3dud2u+d3u)=d(e^u)(du^3 + 3du \, d^2u + d^3u) + e^u d(du^3 + 3du \, d^2u + d^3u)\mathrel{=}eudu(du3+3dud2u+d3u)+eu(3du2d2u+3d2ud2u+3dud3u+d4u)=e^u du(du^3 + 3du \, d^2u + d^3u) + e^u(3du^2 \, d^2u + 3d^2u \, d^2u + 3du \, d^3u + d^4u)\mathrel{=}eu(du4+3du2d2u+dud3u+3du2d2u+3(d2u)2+3dud3u+d4u)=e^u(du^4 + 3du^2 \, d^2u + du \, d^3u + 3du^2 \, d^2u + 3(d^2u)^2 + 3du \, d^3u + d^4u)\mathrel{=}eu(du4+6du2d2u+4dud3u+3(d2u)2+d4u)e^u(du^4 + 6du^2 \, d^2u + 4du \, d^3u + 3(d^2u)^2 + d^4u)
Демидович № 1177 — решение | Высшая математика — Профиматика