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题目

【题目】已知函数y(x)由方程 x^3+y^3-3x+3y-2=0 确定,求y(x)的极值.

【题目】已知函数y(x)由方程 x^3+y^3-3x+3y-2=0 确定,求y(x)的极值.

题目解答

答案

【解析】解方程x3+y3-3x+3y-2-0两端同时对x求一阶导和二阶导,有3x^2+3y^2y^2-3+3y^2=0 6x+6y(y')^2+3y^2y''+3y''=0 在①式中令 y'=0 ,得x=-1或x=1,由极值的必要条件可知,极值可能点为z=-1,x=1当x分别取-1和1时,由 x^2+y^2-3x+3y-2=0 ,得y(-1)=0,y(1)=1将x--1,y(-1)=0及 y'(-1)=0 人②式,得 y''(-1)=2因为 y'(-1)=0 , y''(-1)=2x0 ,根据极值的第二充分条件,y(-1)=0是y(x)的极小值将x=1,y(1)=1及 y'(1)=0 代人②式,得 y''(1)=-1因为 y'(1)=0 , y''(1)=-10 根据极值的第二充分条件,y(1)=1是y(x)的极大值

解析

考查要点:本题主要考查隐函数求导及极值的判定方法。
解题思路:

  1. 隐函数求导:对给定方程两边同时关于$x$求一阶导数和二阶导数,得到关于$y'$和$y''$的表达式。
  2. 求驻点:令$y'=0$,结合原方程解出可能的极值点$(x, y)$。
  3. 二阶导数检验:将驻点代入二阶导数表达式,根据$y''$的符号判断极值类型。

关键点:

  • 隐函数求导时需注意链式法则,正确处理$y$对$x$的导数。
  • 极值的必要条件是$y'=0$,但需通过二阶导数进一步验证。

1. 求一阶导数

对原方程 $x^3 + y^3 - 3x + 3y - 2 = 0$ 两边关于$x$求导:
$3x^2 + 3y^2 y' - 3 + 3y' = 0$
整理得:
$y' = \frac{1 - x^2}{y^2 + 1}$

2. 求驻点

令$y' = 0$,则分子$1 - x^2 = 0$,解得$x = \pm 1$。
将$x$代入原方程求对应的$y$:

  • 当$x = -1$时:
    $(-1)^3 + y^3 - 3(-1) + 3y - 2 = 0 \implies y^3 + 3y = 0 \implies y = 0$
  • 当$x = 1$时:
    $1^3 + y^3 - 3(1) + 3y - 2 = 0 \implies y^3 + 3y - 4 = 0 \implies y = 1$
    因此,驻点为$(-1, 0)$和$(1, 1)$。

3. 求二阶导数

对一阶导数方程再次求导:
$6x + 6y(y')^2 + 3y^2 y'' + 3y'' = 0$
整理得:
$y'' = \frac{-2x - 2y(y')^2}{y^2 + 1}$

4. 判断极值类型

  • 在$(-1, 0)$处:
    代入$y' = 0$,得:
    $y'' = \frac{-2(-1)}{0^2 + 1} = 2 > 0$
    因此,$y(-1) = 0$是极小值。
  • 在$(1, 1)$处:
    代入$y' = 0$,得:
    $y'' = \frac{-2(1)}{1^2 + 1} = -1 < 0$
    因此,$y(1) = 1$是极大值。

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