题目
试从 (dx)/(dy) = (1)/(y'),导出:(1) (d^2x)/(dy^2) = -(y'')/((y')^3);
试从 $\frac{dx}{dy} = \frac{1}{y'}$,导出:
(1) $\frac{d^2x}{dy^2} = -\frac{y''}{(y')^3}$;
题目解答
答案
解: $\frac{dx}{dy} = \frac{1}{y}$
两也对$y$求导
$\frac{d^2x}{dy^2} = \frac{d(\frac{1}{y})}{dy}$
$= \frac{d(\frac{1}{y})}{dx} \cdot \frac{dx}{dy}$
$= \frac{-y''}{(y')^2} \cdot \frac{1}{y'}$
$= \frac{-y''}{(y')^3}$
解析
考查要点:本题主要考查反函数求导法则及高阶导数的链式法则应用。需要理解如何将关于$y$的导数转换为关于$x$的导数,并正确处理复合函数的导数关系。
解题核心思路:
- 明确变量关系:题目中$x$是$y$的函数,而通常习惯$y$是$x$的函数,需通过反函数关系处理。
- 链式法则转换:对$\frac{1}{y'}$关于$y$求导时,需通过中间变量$x$,即$\frac{d}{dy} = \frac{d}{dx} \cdot \frac{dx}{dy}$。
- 代数化简:结合已知$\frac{dx}{dy} = \frac{1}{y'}$,代入并化简最终表达式。
第(1)题
目标:求$\frac{d^2x}{dy^2}$,即$\frac{dx}{dy}$对$y$的导数。
步骤1:对原式两边关于$y$求导
已知$\frac{dx}{dy} = \frac{1}{y'}$,两边对$y$求导:
$\frac{d^2x}{dy^2} = \frac{d}{dy}\left( \frac{1}{y'} \right)$
步骤2:应用链式法则转换变量
由于$y'$是$x$的函数,需通过中间变量$x$求导:
$\frac{d}{dy}\left( \frac{1}{y'} \right) = \frac{d}{dx}\left( \frac{1}{y'} \right) \cdot \frac{dx}{dy}$
步骤3:计算$\frac{d}{dx}\left( \frac{1}{y'} \right)$
将$\frac{1}{y'}$视为$(y')^{-1}$,导数为:
$\frac{d}{dx}\left( (y')^{-1} \right) = - (y')^{-2} \cdot y'' = -\frac{y''}{(y')^2}$
步骤4:代入$\frac{dx}{dy}$并化简
结合$\frac{dx}{dy} = \frac{1}{y'}$,得:
$\frac{d^2x}{dy^2} = \left( -\frac{y''}{(y')^2} \right) \cdot \frac{1}{y'} = -\frac{y''}{(y')^3}$