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108 台灣大學微積分(C) 第 1 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分C

108學年度 · 108台大微積分C · 第 1 題

題目

Problem

1 Lemniscate (x2+y2)2=x2−y2(x^2+y^2)^2=x^2-y^2 At the point (x,y)=(64,24)(x,y)=\left(\dfrac{\sqrt{6}}{4},\dfrac{\sqrt{2}}{4}\right) dydx=?\dfrac{dy}{dx}=?

解答

解法一

思路

展開

這是一條隱函數曲線。先對等式兩邊求導,把含有 dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 的項目集中,最後再代入指定點。

答題過程

展開

對 (x2+y2)2=x2−y2(x^2+y^2)^2=x^2-y^2 求導:

2(x2+y2)(2x+2ydydx)= 2x−2ydydx,(x2+y2)(x+ydydx)= x−ydydx.\begin{align*} 2(x^2+y^2)\Big(2x+2y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\Big) =&\,2x-2y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x},\\[4mm] (x^2+y^2)\Big(x+y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}\Big) =&\,x-y\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}. \end{align*}

因此

dydx=x−x(x2+y2)−yy(x2+y2)+y.\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} =\frac{x-x(x^2+y^2)-y}{y(x^2+y^2)+y}.

在題給點,x2+y2=12x^2+y^2=\frac12,故

dydx= 64−68−2428+24=3−23.\begin{align*} \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} =&\,\frac{\frac{\sqrt6}{4}-\frac{\sqrt6}{8}-\frac{\sqrt2}{4}} {\frac{\sqrt2}{8}+\frac{\sqrt2}{4}} =\frac{\sqrt3-2}{3}. \end{align*}

故所求斜率為 3−23\boxed{\frac{\sqrt3-2}{3}}。