求ln sqrt ({x)^2+(y)^2}=arctan dfrac (y)(x)的导数(dy)/(dx).
求
的导数$\frac{dy}{dx}$.
题目解答
答案
$\frac{dy}{dx}=\frac{x+y}{x-y}$
由
,即
,
等式两边对$x$求导得到
即
于是
$x+y\times y'=x\times y'-y$
所以$\frac{dy}{dx}=\frac{x+y}{x-y}$
解析
本题考查隐函数求导的应用,核心思路是对等式两边同时关于$x$求导,再通过代数变形解出$\dfrac{dy}{dx}$。关键点在于:
- 化简原方程:利用对数性质将$\ln \sqrt{x^2 + y^2}$转化为$\dfrac{1}{2}\ln(x^2 + y^2)$,简化后续求导过程。
- 正确应用链式法则:对左边$\ln(x^2 + y^2)$求导时,需处理复合函数的导数;对右边$\arctan\left(\dfrac{y}{x}\right)$求导时,需结合商的导数公式。
- 代数整理:将含$\dfrac{dy}{dx}$的项集中,解出最终表达式。
步骤1:化简原方程
原方程$\ln \sqrt{x^2 + y^2} = \arctan\left(\dfrac{y}{x}\right)$可化简为:
$\frac{1}{2}\ln(x^2 + y^2) = \arctan\left(\dfrac{y}{x}\right)$
步骤2:对两边关于$x$求导
左边求导
左边$\dfrac{1}{2}\ln(x^2 + y^2)$的导数为:
$\frac{1}{2} \cdot \frac{2x + 2y \dfrac{dy}{dx}}{x^2 + y^2} = \frac{x + y \dfrac{dy}{dx}}{x^2 + y^2}$
右边求导
右边$\arctan\left(\dfrac{y}{x}\right)$的导数为:
$\frac{1}{1 + \left(\dfrac{y}{x}\right)^2} \cdot \frac{x \dfrac{dy}{dx} - y}{x^2} = \frac{x^2}{x^2 + y^2} \cdot \frac{x \dfrac{dy}{dx} - y}{x^2} = \frac{x \dfrac{dy}{dx} - y}{x^2 + y^2}$
步骤3:建立方程并整理
将两边导数等式联立:
$\frac{x + y \dfrac{dy}{dx}}{x^2 + y^2} = \frac{x \dfrac{dy}{dx} - y}{x^2 + y^2}$
约去分母$x^2 + y^2$后得:
$x + y \dfrac{dy}{dx} = x \dfrac{dy}{dx} - y$
步骤4:解出$\dfrac{dy}{dx}$
将含$\dfrac{dy}{dx}$的项移到左边,常数项移到右边:
$y \dfrac{dy}{dx} - x \dfrac{dy}{dx} = -x - y$
提取公因式$\dfrac{dy}{dx}$:
$\dfrac{dy}{dx}(y - x) = -(x + y)$
最终解得:
$\dfrac{dy}{dx} = \frac{x + y}{x - y}$