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Segundas derivadas parciales y regla de la cadena duda

En un problema de mi libro de texto tenía la siguiente expresión:

Si $z = f(x,y)$ tiene derivadas parciales de segundo orden continuas y $x = r^{2}+s^{2}$ y $y = 2rs$ , encontrar $\displaystyle\frac{\partial z}{\partial r}$ y con esto, $\displaystyle\frac{\partial^{2}z}{\partial r^{2}}$


Obtuve que $\displaystyle\frac{\partial z}{\partial r}$ era:

$\displaystyle\frac{\partial z}{\partial r} = 2\displaystyle\frac{\partial z}{\partial x}+2r\displaystyle\frac{\partial z}{\partial x}+2s\displaystyle\frac{\partial z}{\partial y}$

Sin embargo, no estoy seguro de cómo empezar para encontrar la derivada parcial de segundo orden. He visto que en mi libro de texto lo han obtenido:

$\displaystyle\frac{\partial}{\partial r} (\displaystyle\frac{\partial z}{\partial x})=\displaystyle\frac{\partial}{\partial x}(\displaystyle\frac{\partial z}{\partial x})\displaystyle\frac{\partial x}{\partial r}+\displaystyle\frac{\partial}{\partial y}(\displaystyle\frac{\partial z}{\partial x})\displaystyle\frac{\partial y}{\partial r}$

Y de forma similar el mismo caso para $\displaystyle\frac{\partial}{\partial r} (\displaystyle\frac{\partial z}{\partial y})$

Así que esencialmente por lo que puedo entender de esto, están asumiendo que $\displaystyle\frac{\partial z}{\partial x}$ es una función tanto de x como de y? ¿Cómo podemos saber eso? ¿O es algo que simplemente debería saber? (¿qué podría pasar si la derivada parcial se expresa sólo en términos de x o sólo de y?)

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Avi Puntos 21

Hay un error en tus cálculos. Tenga en cuenta que

$$\frac{\partial z}{\partial r}=\frac{\partial z}{\partial x} \frac{\partial x}{\partial r}+\frac{\partial z}{\partial y}\frac{\partial y}{\partial r}= \frac{\partial z}{\partial x} 2r+\frac{\partial z}{\partial y}2s.$$

Para la segunda derivada, es útil cambiar la notación considerando

$$\frac{\partial z}{\partial r}=g\cdot 2r+ h\cdot 2s, $$

con $ \frac{\partial z}{\partial x}:=g(x,y)$ y $ \frac{\partial z}{\partial y}=h(x,y)$ . Sólo hay que aplicar la derivada parcial, como antes. Este responder puede ayudarte con la notación.

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