Ableitung zweiter Ordnung nach einer Funktion zweier Variablen.

Ich habe eine Oberfläche, die als Radiusvektor in sphärischen Koordinaten definiert ist:

R = R ( θ , ψ ) .
In kartesischen Koordinaten werden die Projektionen wie folgt berechnet:
R X = R Sünde θ cos ϕ , R j = R Sünde θ Sünde ϕ , R z = R cos θ .
Ich möchte die Gaußsche Krümmung berechnen K der Oberfläche in kartesischen Koordinaten ausgedrückt durch sphärische Koordinaten:
K = det ( 2 R z R X 2 2 R z R X R j 2 R z R X R j 2 R z R j 2 ) .

Ich benutze die Kettenregel, um die Ableitungen zu berechnen:

R X ' R z R X = R z θ / R X θ + R z ϕ / R X ϕ , R j ' R z R j = R z θ / R j θ + R z ϕ / R j ϕ ,
Ableitungen zweiter Ordnung werden auf die gleiche Weise berechnet:
2 R z R X 2 = R X ' θ / R X θ + R X ' ϕ / R X ϕ , 2 R z R j R X = R X ' θ / R j θ + R X ' ϕ / R j ϕ , 2 R z R X R j = R j ' θ / R X θ + R j ' ϕ / R X ϕ , 2 R z R j 2 = R j ' θ / R j θ + R j ' ϕ / R j ϕ .
Aus der obigen Gleichung folgt das
2 R z R X R j 2 R z R j R X ,
was nicht wahr sein kann.

Wo mache ich einen Fehler in der obigen Argumentation?

Danke!

Antworten (1)

Wenn ich das richtig verstehe, überlegst du es R z als Funktion von zwei Variablen, entweder ( θ , ϕ ) oder ( R X , R j ) . Wenn ja, liegt das Problem in Ihrer Anwendung der Kettenregel. Eine korrekte Anwendung wäre zB

R z R X = R z θ θ R X + R z ϕ ϕ R X .

Sie scheinen diesen Eindruck zu haben

θ R X = ( R X θ ) 1 ,

aber das ist nicht der Fall. Diese partiellen Ableitungen müssen invertiert werden, indem die gesamte Matrix von ihnen invertiert wird, nicht einzelne Einträge dieser Matrix.

Ok, verstehe, danke für die Antwort. Wenn ich das richtig verstehe, schlagen Sie vor
( θ R X ϕ R X θ R j ϕ R j ) = ( R X θ R X ϕ R j θ R j ϕ ) T
?
@yuriyi: Ja, für den Fall ( ) T bedeutet die inverse Transponierung, das meine ich.