2. 设函数y=y(x)由方程y-xe^y=1确定,求(d^2y)/(dx^2)|_(x=0)的值.A. e^2B. 2e^2C. 2e
A. $e^{2}$
B. $ 2e^{2}$
C. 2e
题目解答
答案
解析
本题考查由方程确定的隐函数的二阶导数在特定点的值,核心是通过通过隐函数求导。
步骤1:求一阶导数$\frac{dy}{dx}$
给定方程 $y - xe^y = 1$,两边对$x$求导:
- 对$y$求导得:$\frac{dy}{dx}$
- 对$-xe^y$求导(乘积法则):$-[e^y + x e^y \cdot \frac{dy}{dx}]$(因$e^y$对$x$求导为$e^y \frac{dy}{dx}$)
- 常数1的导数为0
整理得:
$\frac{dy}{dx} - e^y - x e^y \frac{dy}{dx} = 0$
解出$\frac{dy}{dx}$:
$\frac{dy}{dx}(1 - x e^^) = e^$
\frac{dy}{dx} = \frac{e^y}{1 - x e^y} \quad (1简化)
$## **步骤2:求二阶导数$\frac{d^2y}{dx^2}$**
对$\frac{dy}{dx} = \frac{e^y}{1 - x e^y}$使用商法则:
若$u=e^y$,$v=1数,则$\frac{d^2y}{dx^2} = \frac{u'v - uv'}{v^2}$
- $u' = e^y \frac{dy}{dx}$($e^y$对$x$求导)
- $v' = -[e^y + x e^y \frac{dy}{dx}]$(与步骤1中$-xe^y$的导数相同)
代入商法则:$
\frac{d^2y}{dx^2} = \frac{(e^y \frac{dy}{dx})(1 - x e^y) - (e^y)(-e^y - x e^y \frac{dy}{dx})}{(1 - x e^y)^2}
$## **步骤3:代入$x=0$计算**
当$x=0$时,代入代入原方程$y - 0 \cdot e^y =1$得$y=1$。
### **计算一阶导数在$x=0$的值**$
\left.\frac{dy}{dx}\right|{x=0} = \frac{e^1}{1 - 0 \cdot e^1} = e
$### **计算二阶导数在$x=0$的值**
将$x=0$,$y=1$,$\frac{dy}{dx}=e$代入二阶导数表达式:
- 分子:$(e^1 \cdot e)(1 - 0) - (e^1)(-e^1 - 0) = e \cdot 1 + e \cdot e = e + e^2 = 2e^2$
- 分母:$(1 - 0)^2 =1$
故$
\left.\frac{d^2y}{dx^2}\right|{x=0} = 2e^2$$