题目
已知y = y(x)是方程e^x+y - xy - e = 0所确定的隐函数,求y'(0).
已知$y = y(x)$是方程$e^{x+y} - xy - e = 0$所确定的隐函数,求$y'(0)$.
题目解答
答案
我们已知 $ y = y(x) $ 是由方程
$$
e^{x+y} - xy - e = 0
$$
所确定的隐函数,要求的是 $ y'(0) $,即在 $ x = 0 $ 处的导数。
---
### 第一步:对方程两边关于 $ x $ 求导(隐函数求导)
原方程:
$$
e^{x+y} - xy - e = 0
$$
对两边关于 $ x $ 求导,注意 $ y $ 是 $ x $ 的函数,因此使用链式法则和乘积法则。
1. 对 $ e^{x+y} $ 求导:
令 $ u = x + y $,则
$$
\frac{d}{dx} e^{x+y} = e^{x+y} \cdot \frac{d}{dx}(x + y) = e^{x+y} (1 + y')
$$
2. 对 $ -xy $ 求导:
使用乘积法则:
$$
\frac{d}{dx}(-xy) = -\left( x \cdot y' + y \cdot 1 \right) = -x y' - y
$$
3. 对常数 $ -e $ 求导:结果为 0。
将这些代入,得到:
$$
e^{x+y}(1 + y') - x y' - y = 0
$$
---
### 第二步:整理方程,解出 $ y' $
把含有 $ y' $ 的项移到一边:
$$
e^{x+y}(1 + y') - x y' - y = 0
$$
展开:
$$
e^{x+y} + e^{x+y} y' - x y' - y = 0
$$
提取 $ y' $:
$$
e^{x+y} y' - x y' = y - e^{x+y}
$$
$$
y' (e^{x+y} - x) = y - e^{x+y}
$$
解得:
$$
y' = \frac{y - e^{x+y}}{e^{x+y} - x}
$$
---
### 第三步:求 $ y'(0) $,需要先求出 $ y(0) $
我们要求 $ y'(0) $,所以需要知道当 $ x = 0 $ 时,$ y = y(0) $ 的值。
代入原方程 $ x = 0 $:
$$
e^{0 + y} - 0 \cdot y - e = 0 \Rightarrow e^y - e = 0 \Rightarrow e^y = e \Rightarrow y = 1
$$
所以:
$$
y(0) = 1
$$
---
### 第四步:代入 $ x = 0, y = 1 $ 到 $ y' $ 的表达式中
先计算 $ e^{x+y} = e^{0+1} = e $
代入:
$$
y'(0) = \frac{1 - e}{e - 0} = \frac{1 - e}{e}
$$
可以写成:
$$
y'(0) = \frac{1}{e} - 1
$$
---
### 最终答案:
$$
\boxed{y'(0) = \frac{1 - e}{e}}
$$
或等价地:
$$
\boxed{y'(0) = \frac{1}{e} - 1}
$$
解析
考查要点:本题主要考查隐函数求导法的应用,以及如何通过代入特定点求解导数的值。
解题核心思路:
- 隐函数求导:对原方程两边关于$x$求导,注意使用链式法则和乘积法则。
- 整理方程:将求导后的方程整理为关于$y'$的表达式,解出$y'$。
- 代入特定点:先求出$x=0$时对应的$y(0)$值,再代入导数表达式中计算$y'(0)$。
破题关键点:
- 正确求导:特别注意对$e^{x+y}$和$-xy$项的求导过程。
- 代入点的确定:通过原方程求出$x=0$时的$y$值,是后续计算的基础。
第一步:对原方程求导
原方程:
$e^{x+y} - xy - e = 0$
对$x$求导,注意$y$是$x$的函数:
- 对$e^{x+y}$求导:
使用链式法则,导数为:
$e^{x+y} \cdot (1 + y')$ - 对$-xy$求导:
使用乘积法则,导数为:
$-\left( x y' + y \right)$ - 对$-e$求导:结果为$0$。
综合得:
$e^{x+y}(1 + y') - x y' - y = 0$
第二步:整理方程解出$y'$
将含$y'$的项移到左边,其余项移到右边:
$e^{x+y} y' - x y' = y - e^{x+y}$
提取$y'$:
$y' (e^{x+y} - x) = y - e^{x+y}$
解得:
$y' = \frac{y - e^{x+y}}{e^{x+y} - x}$
第三步:求$y(0)$
将$x=0$代入原方程:
$e^{0 + y} - 0 \cdot y - e = 0 \implies e^y = e \implies y = 1$
因此,$y(0) = 1$。
第四步:代入求$y'(0)$
将$x=0$和$y=1$代入$y'$的表达式:
$e^{x+y} = e^{0+1} = e$
代入得:
$y'(0) = \frac{1 - e}{e - 0} = \frac{1 - e}{e}$
可化简为:
$y'(0) = \frac{1}{e} - 1$