題目
Problem
3. If y5+5xy+1=0, find the value of dx2d2y at the point (0,−1). (10%)
解答
解法一:直接隱函數求導法(最速法,不易出錯)
思路
展開
- 給定隱函數關係式 y5+5xy+1=0,要求在點 (0,−1) 處的二階導數 y′′。
- 第一步:對等式兩側關於 x 求導以求出一階導數 y′:
- dxd(y5+5xy+1)=5y4y′+5y+5xy′=0⟹(y4+x)y′+y=0。
- 將點 (0,−1) 代入: ((−1)4+0)y′(0)+(−1)=0⟹y′(0)−1=0⟹y′(0)=1。
- 第二步:對已整理的乘積形式 (y4+x)y′+y=0 再次求導以求出 y′′(這比將 y′ 寫成分式再用商求導法則更為簡便且不易出錯):
- 再次求導:
dxd[(y4+x)y′]+y′=(4y3y′+1)y′+(y4+x)y′′+y′=0
- 代入已知數值 x=0,y=−1,y′=1 即可求得 y′′。
答題過程
展開
我們首先對隱函數等式 y5+5xy+1=0 的兩側關於自變數 x 求一階導數(將 y 視為 x 的函數,記作 y′):
5y4y′+5(1⋅y+x⋅y′)+0=0
5y4y′+5y+5xy′=0
兩側同除以 5:
y4y′+y+xy′=0⟹(y4+x)y′+y=0— (1)
我們將點 (x,y)=(0,−1) 代入式 (1) 中,以求出一階導數值 y′:
((−1)4+0)y′+(−1)=0⟹(1)y′−1=0⟹y′=1
接下來,我們對式 (1) 的兩側再次關於 x 求導以求得二階導數 y′′。
利用乘積求導法則:
dxd[(y4+x)y′]+y′=0
(4y3y′+1)y′+(y4+x)y′′+y′=0— (2)
我們將已知數值 x=0, y=−1, y′=1 代入式 (2) 中:
(4(−1)3(1)+1)(1)+((−1)4+0)y′′+1=0
(−4+1)(1)+(1)y′′+1=0
−3+y′′+1=0⟹y′′−2=0⟹y′′=2
因此,在點 (0,−1) 處的二階導數值為 2。
結論:
dx2d2y=2。