题目
题型10.5 计算由参数方程所确定的函数的二阶导例10.5.1 2013-15 设函数y=y(x)由参数方程{}x=t-ln(1+t),y=t^3+t^2.)/(dx)解:(dy)/(dx)=(3t^2+2t)/(1-frac(1){1+t)}=(3t+2)(1+t)=3t^2+5t+2(d^2y)/(dx^2)=(d)/(dt)(3t^2+5t+2)times(dt)/(dx)=((6t+5)(1+t))/(t)
题型10.5 计算由参数方程所确定的函数的二阶导
例10.5.1 2013-15 设函数$y=y(x)$由参数方程$\left\{\begin{matrix}x=t-ln(1+t),\\y=t^{3}+t^{2}.\end{matrix}\right.$所确定,求$\frac{d^{2}}{dx}$
解:$\frac{dy}{dx}=\frac{3t^{2}+2t}{1-\frac{1}{1+t}}=(3t+2)(1+t)=3t^{2}+5t+2$
$\frac{d^{2}y}{dx^{2}}=\frac{d}{dt}(3t^{2}+5t+2)\times\frac{dt}{dx}=\frac{(6t+5)(1+t)}{t}$
题目解答
答案
由参数方程 $x = t - \ln(1 + t)$,$y = t^3 + t^2$,求导得:
$\frac{dx}{dt} = 1 - \frac{1}{1 + t} = \frac{t}{1 + t}, \quad \frac{dy}{dt} = 3t^2 + 2t.$
一阶导数:
$\frac{dy}{dx} = \frac{\frac{dy}{dt}}{\frac{dx}{dt}} = \frac{(3t^2 + 2t)(1 + t)}{t} = 3t^2 + 5t + 2.$
二阶导数:
$\frac{d^2 y}{dx^2} = \frac{d}{dt}\left(\frac{dy}{dx}\right) \cdot \frac{dt}{dx} = (6t + 5) \cdot \frac{1 + t}{t} = \frac{(6t + 5)(1 + t)}{t}.$
答案: $\boxed{\frac{(6t + 5)(1 + t)}{t}}$
解析
本题考查由参数方程所确定的函数的二阶导数的计算。解题思路如下:
- 首先,根据参数方程求导法则,分别对参数方程中的$x$和$y$关于参数$t$求导,得到$\frac{dx}{dt}$和$\frac{dy}{dt}$。
- 然后,利用一阶导数公式$\frac{dy}{dx}=\frac{\frac{dy}{dt}}{\frac{dx}{dt}}$,将$\frac{dy}{dt}$和$\frac{dx}{dt}$代入计算出一阶导数$\frac{dy}{dx}$。
- 最后,根据二阶导数公式$\frac{d^{2}y}{dx^{2}}=\frac{d}{dt}(\frac{dy}{dx})\cdot\frac{dt}{dx}$,先对一阶导数$\frac{dy}{dx}$关于$t$求导,再乘以$\frac{dt}{dx}$,从而得到二阶导数$\frac{d^{2}y}{dx^{2}}$。
下面进行详细的计算:
- 求$\frac{dx}{dt}$和$\frac{dy}{dt}$:
- 对$x = t - \ln(1 + t)$关于$t$求导,根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$,$(\ln X)^\prime=\frac{1}{X}$可得:
$\frac{dx}{dt}=\frac{d}{dt}(t - \ln(1 + t))=\frac{d}{dt}(t)-\frac{d}{dt}(\ln(1 + t))=1-\frac{1}{1 + t}$
通分可得:$\frac{dx}{dt}=\frac{1 + t - 1}{1 + t}=\frac{t}{1 + t}$ - 对$y = t^3 + t^2$关于$t$求导,根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$可得:
$\frac{dy}{dt}=\frac{d}{dt}(t^3 + t^2)=\frac{d}{dt}(t^3)+\frac{d}{dt}(t^2)=3t^2 + 2t$
- 对$x = t - \ln(1 + t)$关于$t$求导,根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$,$(\ln X)^\prime=\frac{1}{X}$可得:
- 求一阶导数$\frac{dy}{dx}$:
将$\frac{dy}{dt}=3t^2 + 2t$和$\frac{dx}{dt}=\frac{t}{1 + t}$代入一阶导数公式$\frac{dy}{dx}=\frac{\frac{dy}{dt}}{\frac{dx}{dt}}$可得:
$\frac{dy}{dx}=\frac{3t^2 + 2t}{\frac{t}{1 + t}}=(3t^2 + 2t)\cdot\frac{1 + t}{t}$
提取公因式$t$可得:$\frac{dy}{dx}=t(3t + 2)\cdot\frac{1 + t}{t}=(3t + 2)(1 + t)$
展开可得:$\frac{dy}{dx}=3t^2 + 5t + 2$ - 求二阶导数$\frac{d^{2}y}{dx^{2}}$:
- 先对一阶导数$\frac{dy}{dx}=3t^2 + 5t + 2$关于$t$求导,根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$可得:
$\frac{d}{dt}(\frac{dy}{dx})=\frac{d}{dt}(3t^2 + 5t + 2)=\frac{d}{dt}(3t^2)+\frac{d}{dt}(5t)+\frac{d}{dt}(2)=6t + 5$ - 再求$\frac{dt}{dx}$,因为$\frac{dx}{dt}=\frac{t}{1 + t}$,所以$\frac{dt}{dx}=\frac{1 + t}{t}$。
- 将$\frac{d}{dt}(\frac{dy}{dx})=6t + 5$和$\frac{dt}{dx}=\frac{1 + t}{t}$代入二阶导数公式$\frac{d^{2}y}{dx^{2}}=\frac{d}{dt}(\frac{dy}{dx})\cdot\frac{dt}{dx}$可得:
$\frac{d^{2}y}{dx^{2}}=(6t + 5)\cdot\frac{1 + t}{t}=\frac{(6t + 5)(1 + t)}{t}$
- 先对一阶导数$\frac{dy}{dx}=3t^2 + 5t + 2$关于$t$求导,根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$可得: