题目
3.若曲线通过原点,并且它在点(x,y)处的切线斜率等于2x+y,求这曲线的方程.
3.若曲线通过原点,并且它在点(x,y)处的切线斜率等于2x+y,求这曲线的方程.
题目解答
答案
为了找到通过原点并且在点$(x, y)$处的切线斜率等于$2x + y$的曲线的方程,我们需要解一个微分方程。在点$(x, y)$处的切线斜率由导数$\frac{dy}{dx}$给出。因此,我们可以将给定的条件写为:
\[
\frac{dy}{dx} = 2x + y
\]
这是一个一阶线性微分方程。为了解它,我们使用积分因子。一阶线性微分方程的标准形式是:
\[
\frac{dy}{dx} + P(x)y = Q(x)
\]
在我们的情况下,$P(x) = -1$和$Q(x) = 2x$。积分因子$\mu(x)$由下式给出:
\[
\mu(x) = e^{\int -1 \, dx} = e^{-x}
\]
我们将微分方程的两边乘以积分因子:
\[
e^{-x} \frac{dy}{dx} - e^{-x} y = 2x e^{-x}
\]
左边是乘积$y e^{-x}$的导数:
\[
\frac{d}{dx} \left( y e^{-x} \right) = 2x e^{-x}
\]
我们对两边关于$x$进行积分:
\[
y e^{-x} = \int 2x e^{-x} \, dx
\]
为了计算右边的积分,我们使用分部积分法。设$u = 2x$和$dv = e^{-x} \, dx$。那么$du = 2 \, dx$和$v = -e^{-x}$。使用分部积分法的公式$\int u \, dv = uv - \int v \, du$,我们得到:
\[
\int 2x e^{-x} \, dx = 2x (-e^{-x}) - \int (-e^{-x}) 2 \, dx = -2x e^{-x} + 2 \int e^{-x} \, dx = -2x e^{-x} - 2 e^{-x} + C = -2(x + 1)e^{-x} + C
\]
因此,我们有:
\[
y e^{-x} = -2(x + 1)e^{-x} + C
\]
我们通过两边乘以$e^x$来解$y$:
\[
y = -2(x + 1) + C e^x = C e^x - 2x - 2
\]
由于曲线通过原点,我们将$x = 0$和$y = 0$代入方程以找到$C$:
\[
0 = C e^0 - 2 \cdot 0 - 2 = C - 2
\]
因此,$C = 2$。将$C = 2$代回方程,我们得到:
\[
y = 2 e^x - 2x - 2
\]
因此,曲线的方程是:
\[
\boxed{y = 2 e^x - 2x - 2}
\]