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Aufgabe:

Klammern auflösen partielle Ableitungen


Problem/Ansatz:

Ich versuche diese Rechnung hier nachzuvollziehen, aber kriege es nicht hin, die Rechnung richtig auszuführen. Habe es bereits mit normalem ausmultiplizieren und Produktregel versucht, aber komme nicht auf das richtige Ergebnis...

Screenshot_21.png

Text erkannt:

\( \begin{aligned} \frac{\partial^{2} \psi}{\partial z^{2}}=& \cos \vartheta \frac{\partial}{\partial r}\left(\cos \vartheta \frac{\partial \psi}{\partial r}-\frac{\sin \vartheta}{r} \frac{\partial \psi}{\partial \vartheta}\right) \\ &-\frac{\sin \vartheta}{r} \frac{\partial}{\partial \vartheta}\left(\cos \vartheta \frac{\partial \psi}{\partial r}-\frac{\sin \vartheta}{r} \frac{\partial \psi}{\partial \vartheta}\right) \\=& \cos ^{2} \vartheta \frac{\partial^{2} \psi}{\partial r^{2}}+\frac{\sin \vartheta}{r^{2}} \frac{\partial^{2} \psi}{\partial \vartheta^{2}}+\frac{\sin ^{2} \vartheta}{r^{2}} \frac{\partial \psi}{\partial r}+\frac{2 \sin \vartheta \cos \vartheta}{r^{2}} \frac{\partial \psi}{\partial \vartheta} \\ &-\frac{2 \sin \vartheta \cos \vartheta}{r} \frac{\partial^{2} \psi}{\partial r \partial \vartheta} . \end{aligned} \)


Ich komme nur auf das hier...

Screenshot_22.png

Text erkannt:

3. \( u=\cos \varphi \quad v=\frac{\partial \psi}{\partial r} \quad \frac{-\sin \varphi \cos \varphi}{r} \frac{\partial^{2} \psi}{\partial r e r}+\frac{\sin e \cos \varphi}{r^{2}} \frac{\partial \psi}{\partial r} \)
\( \left.u^{\prime}=\frac{\sin ^{2} \varphi}{r} X \quad \begin{array}{l}v=\frac{\partial \psi}{\partial r} \\ v^{\prime}=-\frac{\sin \varphi}{r} \frac{\partial^{2} \psi}{\sigma r^{2}}\end{array}\right\}=-\frac{\sin \varphi \cos \varphi}{r} \frac{\partial^{2} \psi}{\partial r^{2}}+\frac{\sin ^{2} \varphi}{r} \frac{\partial \psi}{\partial r} \)
4. \( \begin{aligned} u &=-\frac{\sin \psi}{r} \\ u &=\frac{\sin \varphi \cos \varphi}{r} \end{aligned} \quad \begin{array}{l}v=\frac{\partial \psi}{\partial r} \\ v^{\prime}\end{array} \)
\( \Rightarrow \cos ^{2} \varphi \frac{r^{2} \psi}{\partial r^{2}}-\frac{\sin \varphi \cos \varphi}{r} \frac{\partial^{2} \psi}{\partial \varphi \partial r}+\frac{\sin \varphi \cos \varphi}{r^{2}} \frac{\partial \psi}{\partial \varphi}-\frac{\sin \varphi \cos \varphi}{r} \frac{\partial^{2} \psi}{\partial r^{2}} \)
\( +\frac{\sin ^{2} \varphi}{r} \frac{\partial \psi}{\partial r}+\frac{\sin ^{2} \varphi}{r^{2}} \frac{\partial^{2} \psi}{\partial \psi^{2}}+\frac{\sin \varphi \cos \varphi}{r} \frac{\partial \psi}{\partial \varphi} \)

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Aloha :)

$$\phantom{=}\cos\vartheta\frac{\partial}{\partial r}\left(\cos\vartheta\frac{\partial\psi}{\partial r}-\frac{\sin\vartheta}{r}\,\frac{\partial\psi}{\partial\vartheta}\right)-\frac{\sin\vartheta}{r}\,\frac{\partial}{\partial\vartheta}\left(\cos\vartheta\frac{\partial\psi}{\partial r}-\frac{\sin\vartheta}{r}\,\frac{\partial\psi}{\partial\vartheta}\right)$$$$=\cos^2\vartheta\frac{\partial^2\psi}{\partial r^2}-\cos\vartheta\frac{\partial}{\partial r}\left(\frac{\sin\vartheta}{r}\,\frac{\partial\psi}{\partial\vartheta}\right)-\frac{\sin\vartheta}{r}\frac{\partial}{\partial\vartheta}\left(\cos\vartheta\frac{\partial\psi}{\partial r}\right)+\frac{\sin\vartheta}{r}\frac{\partial}{\partial\vartheta}\left(\frac{\sin\vartheta}{r}\frac{\partial\psi}{\partial\vartheta}\right)$$$$=\cos^2\vartheta\frac{\partial^2\psi}{\partial r^2}-\cos\vartheta\left(-\frac{\sin\vartheta}{r^2}\frac{\partial\psi}{\partial\vartheta}+\frac{\sin\vartheta}{r}\,\frac{\partial^2\psi}{\partial r\partial\vartheta}\right)-\frac{\sin\vartheta}{r}\left(-\sin\vartheta\frac{\partial\psi}{\partial r}+\cos\vartheta\frac{\partial^2\psi}{\partial\vartheta\partial r}\right)$$$$+\frac{\sin\vartheta}{r}\left(\frac{\cos\vartheta}{r}\frac{\partial\psi}{\partial\vartheta}+\frac{\sin\vartheta}{r}\frac{\partial^2\psi}{\partial\vartheta^2}\right)$$$$=\cos^2\vartheta\frac{\partial^2\psi}{\partial r^2}+\frac{\sin\vartheta\cos\vartheta}{r^2}\frac{\partial\psi}{\partial\vartheta}-\frac{\sin\vartheta\cos\vartheta}{r}\,\frac{\partial^2\psi}{\partial r\partial\vartheta}+\frac{\sin^2\vartheta}{r}\frac{\partial\psi}{\partial r}-\frac{\sin\vartheta\cos\vartheta}{r}\frac{\partial^2\psi}{\partial\vartheta\partial r}$$$$+\frac{\sin\vartheta\cos\vartheta}{r^2}\frac{\partial\psi}{\partial\vartheta}+\frac{\sin^2\vartheta}{r^2}\frac{\partial^2\psi}{\partial\vartheta^2}$$

Viel können wir nicht zusammenfassen. Wegen \(\frac{\partial^2\psi}{\partial r\partial\vartheta}=\frac{\partial^2\psi}{\partial\vartheta\partial r}\) gilt jedoch:$$=\cos^2\vartheta\frac{\partial^2\psi}{\partial r^2}+\frac{2\sin\vartheta\cos\vartheta}{r^2}\frac{\partial\psi}{\partial\vartheta}-\frac{2\sin\vartheta\cos\vartheta}{r}\,\frac{\partial^2\psi}{\partial r\partial\vartheta}+\frac{\sin^2\vartheta}{r}\frac{\partial\psi}{\partial r}+\frac{\sin^2\vartheta}{r^2}\frac{\partial^2\psi}{\partial\vartheta^2}$$$$=\cos^2\vartheta\frac{\partial^2\psi}{\partial r^2}+\frac{2\sin\vartheta\cos\vartheta}{r}\left(\frac1r\frac{\partial\psi}{\partial\vartheta}-\frac{\partial^2\psi}{\partial r\partial\vartheta}\right)+\frac{\sin^2\vartheta}{r}\left(\frac{\partial\psi}{\partial r}+\frac{1}{r}\frac{\partial^2\psi}{\partial\vartheta^2}\right)$$$$=\cos^2\vartheta\frac{\partial^2\psi}{\partial r^2}+\frac{\sin(2\vartheta)}{r}\left(\frac1r\frac{\partial\psi}{\partial\vartheta}-\frac{\partial^2\psi}{\partial r\partial\vartheta}\right)+\frac{\sin^2\vartheta}{r}\left(\frac{\partial\psi}{\partial r}+\frac{1}{r}\frac{\partial^2\psi}{\partial\vartheta^2}\right)$$

Avatar von 152 k 🚀

erstmal danke für deine antwort!

wie komme ich denn von zb

\(\cos\vartheta\frac{\partial}{\partial r}\left(\frac{\sin\vartheta}{r}\,\frac{\partial\psi}{\partial\vartheta}\right)\)

auf

\(\cos\vartheta\left(-\frac{\sin\vartheta}{r^2}\frac{\partial\psi}{\partial\vartheta}+\frac{\sin\vartheta}{r}\,\frac{\partial^2\psi}{\partial r\partial\vartheta}\right)\)

Produktregel ist das ja nicht iwie

ah ... ist es doch

dann habe ich es eigentlich richtig gemacht oder?

Bei allen Ableitungen, die du nicht sofort hinschreiben kannst, brauchst du die Produktregel.

ja, das habe ich auch gemacht. habe mich wahrscheinlich irgendwo verrechnet...

siehst du einen fehler in meiner rechnung?

danke, habe einfach nochmal nachgerechnet und komme jetzt aufs richtige... war wahrscheinlich vorhin schon zu lange dran

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