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Calculus · real student question

求 V = 1000M(Pg − Pa) / [Pg(Pv − Pa)(1 + (t − 20)b)] 对 Pa 的偏导数,其中 M、Pg、Pv、t、b 都视为常数。

Question

求

∂V∂Pa其中V=1000 M (Pg−Pa)Pg (Pv−Pa) (1+(t−20)b),\frac{\partial V}{\partial P_a}\quad\text{其中}\quad V=\frac{1000\,M\,(P_g-P_a)}{P_g\,(P_v-P_a)\,\bigl(1+(t-20)b\bigr)},

把 MM、PgP_g、PvP_v、tt、bb 都视为常数。

Step-by-step solution

  1. 先把与 PaP_a 无关的因子提出来。 只有两个因子含 PaP_a,一个在分子、一个在分母。记常数

    C=1000MPg(1+(t−20)b),C=\frac{1000M}{P_g\bigl(1+(t-20)b\bigr)},

    于是

    V=C⋅Pg−PaPv−Pa.V=C\cdot\frac{P_g-P_a}{P_v-P_a}.

    先把 CC 分离出来,求导时就只剩一次商法则,而不必同时应付乘积法则和商法则的纠缠。

  2. 对剩下的比值用商法则。 取 f=Pg−Paf=P_g-P_a、g=Pv−Pag=P_v-P_a,两者的导数都是 −1-1:

    ∂∂Pafg=f′g−fg′g2=−(Pv−Pa)+(Pg−Pa)(Pv−Pa)2.\frac{\partial}{\partial P_a}\frac{f}{g}=\frac{f'g-fg'}{g^{2}}=\frac{-(P_v-P_a)+(P_g-P_a)}{(P_v-P_a)^{2}}.

  3. 化简分子。 两个 PaP_a 项正好抵消:

    −(Pv−Pa)+(Pg−Pa)=−Pv+Pa+Pg−Pa=Pg−Pv.-(P_v-P_a)+(P_g-P_a)=-P_v+P_a+P_g-P_a=P_g-P_v.

    所以这个比值的导数是 Pg−Pv(Pv−Pa)2\dfrac{P_g-P_v}{(P_v-P_a)^{2}} —— 常数分子除以一个平方。正是这次抵消,让最终答案如此简洁。

  4. 把常数因子乘回去。

    ∂V∂Pa=1000M (Pg−Pv)Pg(1+(t−20)b) (Pv−Pa)2.\frac{\partial V}{\partial P_a}=\frac{1000M\,(P_g-P_v)}{P_g\bigl(1+(t-20)b\bigr)\,(P_v-P_a)^{2}}.

  5. 检查符号和特殊情形。 分母 (Pv−Pa)2(P_v-P_a)^{2} 恒为正,所以 ∂V/∂Pa\partial V/\partial P_a 的符号一开始就由 PgP_g 是否大于 PvP_v 定死了,不会随 PaP_a 变化而改变。而如果 Pg=PvP_g=P_v,导数恒等于零;这也是对的,因为此时 V=CV=C 就是与 PaP_a 无关的常数。

Answer

∂V∂Pa=1000M (Pg−Pv)Pg(1+(t−20)b) (Pv−Pa)2\frac{\partial V}{\partial P_a}=\frac{1000M\,(P_g-P_v)}{P_g\bigl(1+(t-20)b\bigr)\,(P_v-P_a)^{2}}

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