【题目】设y=y(x)是由方程 xy+e^y=x+1 确定的隐函数,则(d^2y)/(dx^2)|_(x=0)=
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查隐函数的二阶导数求解,涉及隐函数求导法则和链式法则的应用,以及代入特定点求值的能力。
解题核心思路:
- 确定初始条件:将$x=0$代入原方程,求出对应的$y(0)$。
- 第一次求导:对原方程两边关于$x$求导,解出一阶导数$y'$的表达式,并代入$x=0$和$y(0)$求$y'(0)$。
- 第二次求导:对一阶导数的方程再次求导,得到二阶导数$y''$的表达式,代入$x=0$、$y(0)$和$y'(0)$求$y''(0)$。
破题关键点:
- 正确应用乘积法则和链式法则,尤其注意隐函数$y$对$x$的依赖关系。
- 代入数值时避免符号错误,确保每一步代入的值准确。
步骤1:确定初始条件
当$x=0$时,代入原方程$xy + e^y = x + 1$:
$0 \cdot y(0) + e^{y(0)} = 0 + 1 \implies e^{y(0)} = 1 \implies y(0) = 0.$
步骤2:第一次求导
对原方程两边关于$x$求导:
$\frac{d}{dx}(xy) + \frac{d}{dx}(e^y) = \frac{d}{dx}(x + 1).$
逐项计算:
- 第一项:$\frac{d}{dx}(xy) = y + x\frac{dy}{dx}$(乘积法则)。
- 第二项:$\frac{d}{dx}(e^y) = e^y \cdot \frac{dy}{dx}$(链式法则)。
- 右边:$\frac{d}{dx}(x + 1) = 1$。
整理得:
$y + x\frac{dy}{dx} + e^y \frac{dy}{dx} = 1.$
将$\frac{dy}{dx}$合并:
$\frac{dy}{dx}(x + e^y) = 1 - y \implies \frac{dy}{dx} = \frac{1 - y}{x + e^y}.$
代入$x=0$,$y=0$:
$\frac{dy}{dx}\bigg|_{x=0} = \frac{1 - 0}{0 + e^0} = 1 \implies y'(0) = 1.$
步骤3:第二次求导
对一阶导数的方程$y + x y' + e^y y' = 1$再次求导:
$\frac{d}{dx}\left(y + x y' + e^y y'\right) = \frac{d}{dx}(1).$
逐项计算:
- 第一项:$\frac{d}{dx}(y) = y'$。
- 第二项:$\frac{d}{dx}(x y') = y' + x y''$(乘积法则)。
- 第三项:$\frac{d}{dx}(e^y y') = e^y (y')^2 + e^y y''$(乘积法则和链式法则)。
- 右边:$\frac{d}{dx}(1) = 0$。
整理得:
$y' + y' + x y'' + e^y (y')^2 + e^y y'' = 0 \implies 2y' + (x + e^y) y'' + e^y (y')^2 = 0.$
代入$x=0$,$y=0$,$y'=1$:
$2 \cdot 1 + (0 + e^0) y'' + e^0 \cdot (1)^2 = 0 \implies 2 + y'' + 1 = 0 \implies y'' = -3.$