一条曲线满足 d2ydx2=6e3x−x\frac{d^2y}{dx^2} = 6e^{3x} - x 且经过点 (2,23e6)\left(2, \frac{2}{3}e^6\right)。

  1. (a)

    已知当 x=0x = 0 时 dydx=5\frac{dy}{dx} = 5,求该曲线的方程。

  2. (b)

    求曲线在点 (2,23e6)\left(2, \frac{2}{3}e^6\right) 处的切线方程,答案用精确形式表示。

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完整解法

8(a)

1. Integrate the second derivative to find the expression for $\frac{dy}{dx}$.

dydx=∫(6e3x−x) dx\frac{dy}{dx} = \int (6e^{3x} - x) \, dx
dydx=2e3x−12x2+c\frac{dy}{dx} = 2e^{3x} - \frac{1}{2}x^2 + c

2. Use the given condition to find the constant of integration $c$.

Given dydx=5\frac{dy}{dx} = 5 when x=0x = 0:
5=2e3(0)−12(0)2+c5 = 2e^{3(0)} - \frac{1}{2}(0)^2 + c
5=2(1)+c5 = 2(1) + c
c=3c = 3
So, dydx=2e3x−12x2+3\frac{dy}{dx} = 2e^{3x} - \frac{1}{2}x^2 + 3

3. Integrate $\frac{dy}{dx}$ to find the expression for $y$.

y=∫(2e3x−12x2+3) dxy = \int \left(2e^{3x} - \frac{1}{2}x^2 + 3\right) \, dx
y=23e3x−16x3+3x+dy = \frac{2}{3}e^{3x} - \frac{1}{6}x^3 + 3x + d

4. Use the given point to find the constant of integration $d$ and state the final equation.

Given the curve passes through (2,23e6)\left(2, \frac{2}{3}e^6\right):
23e6=23e3(2)−16(2)3+3(2)+d\frac{2}{3}e^6 = \frac{2}{3}e^{3(2)} - \frac{1}{6}(2)^3 + 3(2) + d
23e6=23e6−86+6+d\frac{2}{3}e^6 = \frac{2}{3}e^6 - \frac{8}{6} + 6 + d
0=−43+6+d0 = -\frac{4}{3} + 6 + d
d=43−6=−143d = \frac{4}{3} - 6 = -\frac{14}{3}

Equation of the curve: y=23e3x−16x3+3x−143y = \frac{2}{3}e^{3x} - \frac{1}{6}x^3 + 3x - \frac{14}{3}

答案

y=23e3x−16x3+3x−143y = \frac{2}{3}e^{3x} - \frac{1}{6}x^3 + 3x - \frac{14}{3}

8(b)

1. Find the expression for $\frac{dy}{dx}$ by integrating $\frac{d^2y}{dx^2}$ and using the given condition

dydx=∫(6e3x−x) dx=2e3x−12x2+C\frac{dy}{dx} = \int (6e^{3x} - x) \, dx = 2e^{3x} - \frac{1}{2}x^2 + C
Given dydx=5\frac{dy}{dx} = 5 when x=0x = 0:
5=2e0−0+C  ⟹  C=35 = 2e^0 - 0 + C \implies C = 3
dydx=2e3x−12x2+3\frac{dy}{dx} = 2e^{3x} - \frac{1}{2}x^2 + 3

2. Calculate the gradient of the tangent at $x = 2$

When x=2x = 2,
m=dydx=2e3(2)−12(2)2+3m = \frac{dy}{dx} = 2e^{3(2)} - \frac{1}{2}(2)^2 + 3
m=2e6−2+3=2e6+1m = 2e^6 - 2 + 3 = 2e^6 + 1

3. Find the equation of the tangent line

Using y−y1=m(x−x1)y - y_1 = m(x - x_1) with point (2,23e6)(2, \frac{2}{3}e^6):
y−23e6=(2e6+1)(x−2)y - \frac{2}{3}e^6 = (2e^6 + 1)(x - 2)
y=(2e6+1)x−2(2e6+1)+23e6y = (2e^6 + 1)x - 2(2e^6 + 1) + \frac{2}{3}e^6
y=(2e6+1)x−4e6−2+23e6y = (2e^6 + 1)x - 4e^6 - 2 + \frac{2}{3}e^6
y=(2e6+1)x−103e6−2y = (2e^6 + 1)x - \frac{10}{3}e^6 - 2

答案

y=(2e6+1)x−103e6−2y = (2e^6 + 1)x - \frac{10}{3}e^6 - 2

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