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101 台灣大學微積分(C) 第 4 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分C

101學年度 · 101台大微積分C · 第 4 題

題目

4. y=f(x)y=f(x) is an implicit function defined by x3+y3=1x^3+y^3=1. Find maximum, minimum, inflection points, asymptotes and sketch its graph. (20/100)(20/100)

解答

解法一

思路

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  • 以隱函數微分取得一、二階導數,從 y′y' 的符號判斷單調性,從 y′′y'' 的符號找凹凸與反曲。
  • 再由 x→±∞x\to\pm\infty 的行為找直線漸近線;據此完成草圖的關鍵特徵。

答題過程

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對 x3+y3=1x^3+y^3=1 微分,得

3x2+3y2dydx=0,dydx=−x2y2.3x^2+3y^2\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}=0, \qquad \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}=-\frac{x^2}{y^2}.

除 (0,1)(0,1) 外,導數恆負,曲線整體遞減,故沒有極大值或極小值。再微分可化簡為

d2ydx2=−2xy5.\frac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}x^2}=-\frac{2x}{y^5}.

因此凹凸性依序為:(−∞,0)(-\infty,0) 向上、(0,1)(0,1) 向下、(1,∞)(1,\infty) 向上。反曲點為

(0,1),(1,0).\boxed{(0,1),\qquad(1,0)}.

當 x→±∞x\to\pm\infty,由 y3=1−x3y^3=1-x^3 可得 y+x→0y+x\to0,故斜漸近線是

y=−x.\boxed{y=-x}.

曲線通過 (0,1)(0,1)、(1,0)(1,0);在 (0,1)(0,1) 有水平切線,在 (1,0)(1,0) 有垂直切線,並依上述單調與凹凸性作圖。