证明 ddx(2xln⁡x)=2ln⁡x+2\frac{\text{d}}{\text{d}x}(2x \ln x) = 2 \ln x + 2。 一条曲线在任意点处的切线斜率为 ln⁡x\ln x 且该曲线通过点 (e2,4)(e^2, 4)。利用(i)的结果,求该曲线的方程,结果用精确形式表示。

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完整解法

4(i)

1. Apply the product rule to differentiate $2x \ln x$

Let u=2xu = 2x and v=ln⁡xv = \ln x.
dudx=2\frac{\text{d}u}{\text{d}x} = 2
dvdx=1x\frac{\text{d}v}{\text{d}x} = \frac{1}{x}
ddx(uv)=udvdx+vdudx\frac{\text{d}}{\text{d}x}(uv) = u\frac{\text{d}v}{\text{d}x} + v\frac{\text{d}u}{\text{d}x}
ddx(2xln⁡x)=(2x)(1x)+(ln⁡x)(2)\frac{\text{d}}{\text{d}x}(2x \ln x) = (2x)\left(\frac{1}{x}\right) + (\ln x)(2)

2. Simplify the expression to obtain the required result

=2+2ln⁡x= 2 + 2\ln x
=2ln⁡x+2= 2\ln x + 2 (Shown)

答案

ddx(2xln⁡x)=2ln⁡x+2\frac{\text{d}}{\text{d}x}(2x \ln x) = 2 \ln x + 2 (Shown)

4(ii)

1. Set up the integral for the equation of the curve

Given dydx=ln⁡x\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = \ln x, we have:
y=∫ln⁡x dxy = \int \ln x \, \text{d}x

2. Use the result from part (i) to integrate $\ln x$

From part (i), ddx(2xln⁡x)=2ln⁡x+2\frac{\text{d}}{\text{d}x}(2x \ln x) = 2 \ln x + 2.
Integrating both sides with respect to xx:
2xln⁡x=∫(2ln⁡x+2) dx2x \ln x = \int (2 \ln x + 2) \, \text{d}x
2xln⁡x=2∫ln⁡x dx+∫2 dx2x \ln x = 2 \int \ln x \, \text{d}x + \int 2 \, \text{d}x
2xln⁡x=2∫ln⁡x dx+2x+C′2x \ln x = 2 \int \ln x \, \text{d}x + 2x + C'
2∫ln⁡x dx=2xln⁡x−2x−C′2 \int \ln x \, \text{d}x = 2x \ln x - 2x - C'
∫ln⁡x dx=xln⁡x−x+C\int \ln x \, \text{d}x = x \ln x - x + C
So, y=xln⁡x−x+Cy = x \ln x - x + C

3. Find the constant of integration using the given point

Substitute x=e2x = e^2 and y=4y = 4 into the equation:
4=e2ln⁡(e2)−e2+C4 = e^2 \ln(e^2) - e^2 + C
4=e2(2)−e2+C4 = e^2(2) - e^2 + C
4=2e2−e2+C4 = 2e^2 - e^2 + C
4=e2+C4 = e^2 + C
C=4−e2C = 4 - e^2

4. State the final equation of the curve

y=xln⁡x−x+4−e2y = x \ln x - x + 4 - e^2

答案

y=xln⁡x−x+4−e2y = x \ln x - x + 4 - e^2

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