[剑桥/9709/2009]
曲线方程为 x3−x2y−y3=3x^3 - x^2y - y^3 = 3。

  1. (i)

    用 xx 和 yy 表示 dydx\frac{\text{d}y}{\text{d}x}。

  2. (ii)

    求曲线在点 (2,1)(2, 1) 处的切线方程,结果用 ax+by+c=0ax + by + c = 0 的形式表示。

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完整解法

Q5(i)

1. Differentiate the equation implicitly with respect to $x$, applying the product rule to the $x^2y$ term.

ddx(x3)−ddx(x2y)−ddx(y3)=ddx(3)\frac{\text{d}}{\text{d}x}(x^3) - \frac{\text{d}}{\text{d}x}(x^2y) - \frac{\text{d}}{\text{d}x}(y^3) = \frac{\text{d}}{\text{d}x}(3)
3x2−(2xy+x2dydx)−3y2dydx=03x^2 - \left(2xy + x^2 \frac{\text{d}y}{\text{d}x}\right) - 3y^2 \frac{\text{d}y}{\text{d}x} = 0

2. Group the terms containing $\frac{\text{d}y}{\text{d}x}$ and factorise.

3x2−2xy−x2dydx−3y2dydx=03x^2 - 2xy - x^2 \frac{\text{d}y}{\text{d}x} - 3y^2 \frac{\text{d}y}{\text{d}x} = 0
3x2−2xy=x2dydx+3y2dydx3x^2 - 2xy = x^2 \frac{\text{d}y}{\text{d}x} + 3y^2 \frac{\text{d}y}{\text{d}x}
3x2−2xy=dydx(x2+3y2)3x^2 - 2xy = \frac{\text{d}y}{\text{d}x}(x^2 + 3y^2)

3. Make $\frac{\text{d}y}{\text{d}x}$ the subject of the formula.

dydx=3x2−2xyx2+3y2\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = \frac{3x^2 - 2xy}{x^2 + 3y^2}

答案

dydx=3x2−2xyx2+3y2\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = \frac{3x^2 - 2xy}{x^2 + 3y^2}

Q5(ii)

1. Obtain the expression for $\frac{\text{d}y}{\text{d}x}$ from part (i).

By implicitly differentiating x3−x2y−y3=3x^3 - x^2y - y^3 = 3 with respect to xx:
3x2−(x2dydx+2xy)−3y2dydx=03x^2 - \left(x^2\frac{\text{d}y}{\text{d}x} + 2xy\right) - 3y^2\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = 0
dydx(x2+3y2)=3x2−2xy\frac{\text{d}y}{\text{d}x}(x^2 + 3y^2) = 3x^2 - 2xy
dydx=3x2−2xyx2+3y2\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = \frac{3x^2 - 2xy}{x^2 + 3y^2}

2. Evaluate the gradient of the tangent at the point $(2, 1)$.

Substitute x=2x = 2 and y=1y = 1 into the derivative expression:
m=3(2)2−2(2)(1)(2)2+3(1)2m = \frac{3(2)^2 - 2(2)(1)}{(2)^2 + 3(1)^2}
m=12−44+3=87m = \frac{12 - 4}{4 + 3} = \frac{8}{7}

3. Formulate the equation of the tangent and rearrange it into the required form.

Using the point-gradient formula y−y1=m(x−x1)y - y_1 = m(x - x_1):
y−1=87(x−2)y - 1 = \frac{8}{7}(x - 2)
7(y−1)=8(x−2)7(y - 1) = 8(x - 2)
7y−7=8x−167y - 7 = 8x - 16
8x−7y−9=08x - 7y - 9 = 0

答案

8x−7y−9=08x - 7y - 9 = 0

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