題目
Problem
2. 續題:
The tangent plane of the graph of g(x,y)=2yx−x−y+1 at (0,2,1) is (5) .
解答
解法一
思路
展開
- 本題要求三維空間中曲面 z=g(x,y)=2yx−x−y+1 在給定點 (0,2,1) 處的切平面方程式。
- 曲面 z=g(x,y) 的切平面方程式公式為:
z−z0=gx(x0,y0)(x−x0)+gy(x0,y0)(y−y0)
其中 (x0,y0,z0)=(0,2,1)。
- 第一步:求偏導函數:
- gx(x,y)=∂x∂(2yx−x−y+1)=2yxlny−1。
- gy(x,y)=∂y∂(2yx−x−y+1)=2xyx−1−1。
- 第二步:代入 (0,2) 求斜率(偏導值):
- gx(0,2)=2(20)ln2−1=2ln2−1。
- gy(0,2)=2(0)(2−1)−1=−1。
- 第三步:寫出切平面方程式並整理:
- 代入點斜式: z−1=(2ln2−1)(x−0)−1(y−2)。
- 將其整理為一般平面方程式形式 Ax+By+Cz+D=0。
答題過程
展開
曲面方程式給定為:
z=g(x,y)=2yx−x−y+1
切平面通過的切點為 (x0,y0,z0)=(0,2,1)。
我們計算函數 g(x,y) 在該點的偏導數(斜率):
-
關於 x 的偏導數:
gx(x,y)=∂x∂(2exlny−x−y+1)=2yxlny−1
代入 (0,2):
gx(0,2)=2(20)ln2−1=2ln2−1
-
關於 y 的偏導數:
gy(x,y)=∂y∂(2yx−x−y+1)=2xyx−1−1
代入 (0,2):
gy(0,2)=2(0)(2−1)−1=−1
使用曲面切平面方程式的公式:
z−z0=gx(x0,y0)(x−x0)+gy(x0,y0)(y−y0)
將 x0=0,y0=2,z0=1 以及偏導值代入:
z−1=(2ln2−1)(x−0)−1(y−2)
展開並移項整理:
z−1=(2ln2−1)x−y+2
(2ln2−1)x−y−z+3=0
結論:
(5) 填入 (2ln2−1)x−y−z+3=0(或寫作 z−1=(2ln2−1)x−(y−2))。