題目
Problem
Let function g(x) be the inverse of f(x)=x1+2x2. Find g′(6). (10%)
(3) 見解答.
解答
解法一
思路
展開
- 本題要求尋找 f(x) 的反函數 g(x) 在 x=6 處的導數值 g′(6)。
- 根據反函數求導公式:
g′(y0)=f′(x0)1,其中 y0=f(x0)
這裡 y0=6,我們首先要找出對應的 x0,即解方程式 x1+2x2=6。
- 求解方程式:
因為 6>0,所以 x 必須為正數。兩邊平方得:
x2(1+2x2)=36⟹2x4+x2−36=0
這是一個二次型的四次方程,令 u=x2 進行因式分解:
(2u+9)(u−4)=0⟹(2x2+9)(x2−4)=0
由於 x 為實數,x2≥0,因此唯一合理的實數解為 x2=4⟹x=2。
- 求導並代入:
我們對原函數 f(x)=x(1+2x2)1/2 進行微分:
f′(x)=1+2x2+x⋅21+2x24x=1+2x21+4x2
將 x=2 代入求得 f′(2),取其倒數即可。
答題過程
展開
第一步:尋找反函數對應點
設 g(6)=x,這等價於:
f(x)=6⟹x1+2x2=6
由於等號右邊 6>0,所以 x 必然大於 0。我們對兩邊進行平方:
x2(1+2x2)=36⟹2x4+x2−36=0
對該二次型多項式進行因式分解:
(2x2+9)(x2−4)=0
因為對於任意實數 x, 2x2+9>0 恆成立,所以必須有:
x2−4=0⟹x2=4
又因為 x>0,故唯一的實數解為:
x=2
這說明 f(2)=6⟹g(6)=2。
第二步:求原函數的導函數
對 f(x)=x(1+2x2)1/2 使用乘積與連鎖律求導:
f′(x)===1⋅1+2x2+x⋅21(1+2x2)−21⋅(4x)1+2x2+1+2x22x21+2x2(1+2x2)+2x2=1+2x21+4x2
將 x=2 代入 f′(x):
f′(2)=1+2(4)1+4(4)=91+16=317
第三步:套用反函數求導公式
根據反函數求導法則:
g′(6)=f′(g(6))1=f′(2)1=17/31=173
結論:
g′(6)=173。