題目
Problem
(10%) Find an equation of the tangent line to the curve yesinx=xcosy at the point (0,0).
解答
解法一
思路
展開
- 本題給出一個隱函數方程式 yesinx=xcosy,要求其在點 (0,0) 處的切線方程式。
- 切線方程式需要切點(已知為 (0,0))與切線斜率 m=dxdy(0,0)。
- 第一步:隱函數求導:
- 對方程式 yesinx=xcosy 兩邊同時關於 x 求導(注意對 y 項求導時需乘上 y′,且兩邊皆需使用乘積與連鎖法則):
LHS: y′⋅esinx+y⋅esinxcosx
RHS: 1⋅cosy+x⋅(−siny)y′=cosy−xy′siny
- 整理出 y′ 的表達式:
y′(esinx+xsiny)=cosy−yesinxcosx⟹y′=esinx+xsinycosy−yesinxcosx
- 第二步:求切線斜率:
- 將 x=0,y=0 代入導函數式,求出斜率 m。
- 第三步:求切線方程式:
答題過程
展開
第一步:求隱函數的導數
給定隱函數方程式:
yesinx=xcosy
兩邊同時對 x 求偏導,注意 y 是 x 的函數:
- 左式微分(乘積與連鎖律):
dxd(yesinx)=dxdyesinx+y(esinxcosx)
- 右式微分(乘積與連鎖律):
dxd(xcosy)=1⋅cosy+x⋅(−sinydxdy)=cosy−xsinydxdy
兩側相等:
dxdyesinx+yesinxcosx=cosy−xsinydxdy
將所有含 dxdy 的項移至左側,其餘移至右側:
dxdy(esinx+xsiny)=cosy−yesinxcosx
整理得:
dxdy=esinx+xsinycosy−yesinxcosx— (1)
第二步:求點 (0,0) 處的切線斜率
將 x=0,y=0 代入式 (1) 中(注意 sin0=0, cos0=1, e0=1):
m=dxdy(0,0)=e0+0⋅sin0cos0−0⋅e0cos0=1+01−0=1
第三步:求切線方程式
已知切線通過點 (0,0),且斜率為 m=1。使用點斜式:
y−0=1(x−0)⟹y=x
結論:
切線方程式為 y=x(或寫作 x−y=0)。