Добрый день.
4. Покажите, что
матрица с элементами 
Ну, видимо, нужно опираться на определение
дважды дифференцируемой функции:
Опр-ие 1: Скалярная функция

на

называется
дважды дифференцируемой в точке 
, если она дифференцируема в этой точке и найдется симметричная

-матрица

такая, что для всех


*
Опр-ие 2 (

- градиент):
topic104102.html - см. оффтоп.
*Эта матрица называется
матрицей вторых производных,
матрицей Гессе или
гессианом и обозначается

или

Идей пока нет - ушел думать.

А если так рассуждать: любая симметричная матрица определяет некую квадратичную форму, где, в свою очередь, элементы матрицы как раз и представляются смешанными частными производными второго порядка.