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数学
题目

【题目]-|||-设方程 -(e)^x+(e)^y=0 确定了函数 =f(x), 试求y`,y"(0).

题目解答

答案

解析

考查要点:本题主要考查隐函数求导法,特别是二阶导数的计算,以及代入特定点求值的能力。

解题核心思路:

  1. 隐函数求导:对原方程两边同时关于$x$求导,注意将$y$视为$x$的函数,应用链式法则。
  2. 代入初始条件:通过原方程确定$x=0$时$y$的值,代入一阶导数表达式求$y'(0)$。
  3. 二次求导:对一阶导数的方程再次求导,结合已知条件求$y''(0)$。

破题关键点:

  • 正确应用乘积法则和链式法则,尤其处理含$y$的项。
  • 分步代入,避免混淆各阶导数的表达式。

步骤1:求一阶导数$y'$

对原方程$xy - e^x + e^y = 0$两边关于$x$求导:
$\frac{d}{dx}(xy) - \frac{d}{dx}(e^x) + \frac{d}{dx}(e^y) = 0$
逐项计算:

  1. 乘积项$xy$:应用乘积法则,导数为$y + x y'$。
  2. $-e^x$:导数为$-e^x$。
  3. $e^y$:应用链式法则,导数为$e^y \cdot y'$。

整理得:
$y + x y' - e^x + e^y y' = 0 \quad \text{(1)}$

步骤2:求$y(0)$

令$x=0$代入原方程:
$0 \cdot y(0) - e^0 + e^{y(0)} = 0 \implies -1 + e^{y(0)} = 0 \implies e^{y(0)} = 1 \implies y(0) = 0$

步骤3:求$y'(0)$

将$x=0$和$y(0)=0$代入方程(1):
$0 + 0 \cdot y'(0) - 1 + e^0 \cdot y'(0) = 0 \implies -1 + y'(0) = 0 \implies y'(0) = 1$

步骤4:求二阶导数$y''$

对方程(1)两边再次关于$x$求导:
$\frac{d}{dx}(y) + \frac{d}{dx}(x y') - \frac{d}{dx}(e^x) + \frac{d}{dx}(e^y y') = 0$
逐项计算:

  1. $y$:导数为$y'$。
  2. $x y'$:应用乘积法则,导数为$y' + x y''$。
  3. $-e^x$:导数为$-e^x$。
  4. $e^y y'$:应用乘积法则和链式法则,导数为$e^y y' \cdot y' + e^y y''$。

整理得:
$y' + y' + x y'' - e^x + e^y (y')^2 + e^y y'' = 0$
合并同类项:
$2y' + x y'' - e^x + e^y (y')^2 + e^y y'' = 0 \quad \text{(2)}$

步骤5:求$y''(0)$

将$x=0$,$y=0$,$y'=1$代入方程(2):
$2 \cdot 1 + 0 \cdot y''(0) - 1 + e^0 \cdot (1)^2 + e^0 \cdot y''(0) = 0$
化简:
$2 - 1 + 1 + y''(0) = 0 \implies 2 + y''(0) = 0 \implies y''(0) = -2$

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