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105 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

105學年度 · 105台大微積分C · 第 1 題

題目

Problem

  1. Assume a (real valued) function y=f(x)y=f(x) satisfy y5+9y=x3+xy^5+9y=x^3+x. Suppose g(x)g(x) is a (real valued) function satisfying f(g(x))=xf(g(x))=x.

(a) (5%)(5\%) The value g(1)g(1) must be 22. True or false? Answer: (1)‾\underline{\quad(1)\quad}.

(b) (10%)(10\%) The derivative g′(1)=(2)‾g'(1)=\underline{\quad(2)\quad}.

解答

解法一

思路

展開
  • 由 f(g(1))=1f(g(1))=1,先把隱函數關係中的 yy 固定為 11,即可找出 g(1)g(1)。
  • 再對隱函數關係微分求 f′(2)f'(2),最後使用反函數導數公式求 g′(1)g'(1)。

答題過程

展開

因為 f(g(1))=1f(g(1))=1,令 y=1y=1 代入題給關係式,得到

15+9⋅1=g(1)3+g(1).1^5+9\cdot1=g(1)^3+g(1).

故 g(1)g(1) 滿足 x3+x=10x^3+x=10;而 x=2x=2 正好滿足此式。又 x3+xx^3+x 在實數上嚴格遞增,所以解唯一。因此 (a) 為 True。

對 y5+9y=x3+xy^5+9y=x^3+x 兩邊對 xx 微分:

(5y4+9)dydx= 3x2+1,f′(x)=dydx= 3x2+15y4+9.\begin{align*} (5y^4+9)\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} =&\,3x^2+1,\\[4mm] f'(x)=\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} =&\,\frac{3x^2+1}{5y^4+9}. \end{align*}

在 x=2x=2 時對應 y=f(2)=1y=f(2)=1,故

f′(2)=3⋅22+15⋅14+9=1314.f'(2)=\frac{3\cdot2^2+1}{5\cdot1^4+9}=\frac{13}{14}.

由 g=f−1g=f^{-1} 的反函數導數公式,

g′(1)=1f′(g(1))=1f′(2)=1413.g'(1)=\frac{1}{f'(g(1))}=\frac{1}{f'(2)}=\boxed{\frac{14}{13}}.