已知 y=3e2x2x+1y = \frac{3\text{e}^{2x}}{2x+1},求使 dydx=kxy2x+1\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = \frac{kxy}{2x+1} 成立的 kk 的值。

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完整解法

3

1. Differentiate $y$ with respect to $x$ using the quotient rule.

Let u=3e2xu = 3\text{e}^{2x} and v=2x+1v = 2x+1.
dudx=6e2x\frac{\text{d}u}{\text{d}x} = 6\text{e}^{2x}
dvdx=2\frac{\text{d}v}{\text{d}x} = 2

dydx=vdudx−udvdxv2\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = \frac{v\frac{\text{d}u}{\text{d}x} - u\frac{\text{d}v}{\text{d}x}}{v^2}
dydx=(2x+1)(6e2x)−(3e2x)(2)(2x+1)2\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = \frac{(2x+1)(6\text{e}^{2x}) - (3\text{e}^{2x})(2)}{(2x+1)^2}

2. Simplify the numerator of the derivative.

dydx=12xe2x+6e2x−6e2x(2x+1)2\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = \frac{12x\text{e}^{2x} + 6\text{e}^{2x} - 6\text{e}^{2x}}{(2x+1)^2}
dydx=12xe2x(2x+1)2\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = \frac{12x\text{e}^{2x}}{(2x+1)^2}

3. Express the derivative in the given form to find $k$.

We are given dydx=kxy2x+1\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = \frac{kxy}{2x+1}.
Substitute y=3e2x2x+1y = \frac{3\text{e}^{2x}}{2x+1} into this expression:
dydx=kx2x+1(3e2x2x+1)=3kxe2x(2x+1)2\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = \frac{kx}{2x+1} \left( \frac{3\text{e}^{2x}}{2x+1} \right) = \frac{3kx\text{e}^{2x}}{(2x+1)^2}

Equating the two expressions for dydx\frac{\text{d}y}{\text{d}x}:
12xe2x(2x+1)2=3kxe2x(2x+1)2\frac{12x\text{e}^{2x}}{(2x+1)^2} = \frac{3kx\text{e}^{2x}}{(2x+1)^2}

Comparing the coefficients of xe2xx\text{e}^{2x}:
12=3k12 = 3k
k=4k = 4

答案

k=4k = 4

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