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【解析幾何】究竟有哪些“二級(jí)結(jié)論”要掌握?「上篇」| 小姚老師

2023-08-18 21:54 作者:太師奇  | 我要投稿

既然隱函數(shù)也是函數(shù),那就讓我們按照研究函數(shù)的過程走一遍吧。


1、定義域和值域


????雖然是隱函數(shù),但也別忘了自變量仍然是x,所以定義域依然是x的取值范圍,會(huì)受到條件和函數(shù)本身的各種約束。同樣的,值域就是y的取值范圍。


?????像x2/4+y2=1,就有x2/4=1-y2≤1,所以定義域是[-2,2],同理可求出值域是[-1,1]。


2、奇偶性和單調(diào)性


????由于隱函數(shù)中的映射關(guān)系不唯一,所以一般不討論它的奇偶性或者單調(diào)性。不過,從圖像上來看,隱函數(shù)可以有對(duì)稱性。


3、隱函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)


????然而,沒了單調(diào)性并不代表隱函數(shù)就不能求導(dǎo),接下來的求導(dǎo)才是重頭戲。?


不妨假設(shè)隱函數(shù)的隱含關(guān)系為:y=i(x),


那么導(dǎo)函數(shù)就是:y'=i'(x)


那么i'(x)該怎么算呢?顯函數(shù)中是對(duì)兩邊同時(shí)求導(dǎo),隱函數(shù)也是如此:


還是這個(gè)橢圓方程x2/4+y2=1,


既然y=i(x),代入就有:


x2/4+[i(x)]2=1,


這是一個(gè)關(guān)于x的復(fù)合函數(shù)。


根據(jù)復(fù)合函數(shù)的求導(dǎo)法則對(duì)兩邊進(jìn)行求導(dǎo):


x/2+2i(x)i'(x)=0,


其實(shí)就是x/2+2yy'=0,


化簡(jiǎn)得y'=-x/4y


類似地,其它隱函數(shù)也可以這么求導(dǎo)。

實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用


1、切線


????和顯函數(shù)一樣,隱函數(shù)在某點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)值等于以該點(diǎn)為切點(diǎn)的切線斜率。根據(jù)這一性質(zhì),可以在已知切點(diǎn)的情況下來求某些圖形的切線。


例1:


已知橢圓C:x2/a2+y2/b2=1,P(x?,y?)是C上的一點(diǎn),求過該點(diǎn)的切線方程。


通常做法是直接假設(shè)斜率然后解判別式,但這樣計(jì)算量不小。


其實(shí)也可以從隱函數(shù)的角度解決,首先求導(dǎo):


2x/a2+2yy'/b2=0


化簡(jiǎn)得y'=-xb2/ya2


所以切線的斜率k=-x?b2/y?a2


由點(diǎn)斜式:y-y?=k(x-x?),代入k


化簡(jiǎn)得xx?/a2+yy?/b2=x?2/a2+y?2/b2


別忘了P在C上,所以x?2/a2+y?2/b2=1


因此切線方程為:


xx?/a2+yy?/b2=1


(嚴(yán)格來說應(yīng)對(duì)斜率是否存在進(jìn)行分類,此處略去)


這就是著名的橢圓切線方程了。同樣的方法,還可以證明雙曲線,拋物線的切線方程。


無論是怎么樣的曲線,只要知道切點(diǎn)坐標(biāo),并且隱函數(shù)可導(dǎo),就可以按照這個(gè)方法求切線方程。


2、最值


????求導(dǎo)除了可以解決切線,更重要的一個(gè)用途就是求極值,有了極值就能求最值。


例2:


已知x2+xy+y2=1,求y的取值范圍。


不能直接把y單獨(dú)放在一邊,因?yàn)檫@是相當(dāng)于一個(gè)關(guān)于y的二次方程,如果硬要分類把y解出來,再求導(dǎo)的話則會(huì)很麻煩。而數(shù)形結(jié)合的方法也失效了,因?yàn)閺膱D像上看,這是一個(gè)歪了的橢圓。


?而條件明顯是一個(gè)隱函數(shù),所以應(yīng)該用隱函數(shù)的方法解決。


直接求導(dǎo):2x+y+xy'+2yy'=0(xy項(xiàng)的求導(dǎo)要用求導(dǎo)的乘法法則)


化簡(jiǎn)得:y'=-(2x+y)/(x+2y)


令y'=0,可知當(dāng)2x+y=0時(shí)有極值


聯(lián)立x2+xy+y2=1


解得y=±2√3/3


經(jīng)檢驗(yàn),y=±2√3/3是y的最大、最小值


所以y的取值范圍是[-2√3/3,2√3/3]

相比之下,隱函數(shù)求導(dǎo)的方法簡(jiǎn)單許多。如果下次給的是其他關(guān)系式,也可以嘗試隱函數(shù)求導(dǎo)的方法。


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