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

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。
