【阅前提示】我在原有“数理化自学丛书”系列17册的基础上又添加了1册八五人教甲种本《微积分初步》,原因有二:一则,我是双鱼座,有一定程度的偶双症,但“自学丛书”系列中代数4册、几何5册实在令我刺挠,因此就需要加入一本代数,使两边能够对偶平衡;二则,我认为《微积分初步》这本书对“准大学生”很重要,以我的惨痛教训为例,大一高数第一堂课,我是直接蒙圈,学了个寂寞。另外大学物理的前置条件是必须有基础微积分知识,因此我所读院校的大学物理课是推迟开课;而比较生猛的大学则是直接开课,然后在绪论课中猛灌基础高数(例如田光善舒幼生老师的力学课)。我选择在“自学丛书”17本的基础上添加这本《微积分初步》,就是希望小伙伴升大学前可以看看,不至于像我当年那样被高数打了个措手不及。
第二章导数和微分——二、求导方法
§2-13隐函数的导数
【01】如果要求椭圆 x²/a²+y²/b²=1 上一点 (x,y) 处的切线的方程,就要求出切线的斜率 y'x 。当然我们可以从方程中解出 y=±√(a²-x²),再求 y'x 。但是,有时解方程很麻烦,而且有些方程,例如 xy-eˣ+eʸ=0,就不能用 x 的初等函数把 y 表示出来。
【02】如果变量 x,y 之间的函数关系是由某一方程 F(x,y)=0 所确定,这样确定的函数叫做隐函数。例如,由方程 y²-2px=0,x²/a²+y²/b²=1, 等所确定的 x,y 之间的函数关系(有时所确定的是几个函数关系)就是隐函数。下面举例来说明求隐函数的导数的方法。
例1.
(1) 已知 y²=2px,求 y'x 。
(2) 求证抛物线 y²=2px 上点 (x₀,y₀) 处的切线的方为 y₀y=p(x+x₀) 。
【解】
(1)
把 y 看成 x 的函数,则 y² 是 x 的复合函数,运用复合函数的求导法则,在方程两边同时对 x求导:
(y²)'x=(2px)'x,
2y·y'x=2p,
∴ y'x=p/y 。
这里的 y 仍由方程 y²=2px 确定。
(上式在分母不等于零的条件下成立,以后不再一一注明)
(2)
当 x=x₀,y=y₀≠0 时,y'z=p/y₀,
所以所求的切线的方程为 y-y₀=p(x-x₀)/y₀,
即 y₀y-2px₀=px-px₀ 。
∵ y₀²=2px₀,
所求的切线的方程为 y₀y-2px₀=px-px₀,
即 y₀y=p(x+x₀) 。
当 y₀=0 时,x₀=y₀²/2p=0 。抛物线 y²=2px 在点 (0,0) 处的切线为 y 轴,它的方程 x=0 是方程 y₀y=p(x+x₀) 的特殊形式。
例2.求证椭圆 上点 (x₀,y₀) 处的切线的方程为 。
【证明】
y₀≠0 时,在点 (x₀,y₀) 处的切线的方程为 y-y₀=-(b²x₀/a²y₀)(x-x₀),
即 b²x₀x+a²y₀y=b²x₀³ +a²y₀³ 。
∵ 点 (x₀,y₀) 在椭圆 x²/a²+y²/b²=1 上,
∴ x₀²/a²+y₀²/b²=1 ,
b²x₀² +a²y₀²=a²b² 。
所求的切线的方程为 b²x₀x+a²y₀y=a²b²,
。
的特殊形式。
上点 (x₀,y₀) 处的切线的方程为 。
1、求曲线 x²+2xy-y²=2x 在点 (2,4) 处的切线的方程。
2、求曲线 √x+√y=3 在点 (1,4) 处的切线和法线方程。
3、
(1) 写出椭圆 9x²+y²=25 在点 P(-1,-4) 处的切线和法线方程;
(2) 写出双曲线 x₀²/18-y₀²/4=1 在点 P(6,2) 处的切线和线方程。
,得出切线方程为 2x/4+√3 y/9=1 。这个结果对不对?为什么?