题目
Problem
The curve C has equation
x=3sec22yx>3, 0<y<4π
(a) Find dydx in terms of y.
(2)
(b) Hence show that
dxdy=qxx−3p
where p is irrational and q is an integer, stating the values of p and q.
(3)
(c) Find the equation of the normal to C at the point where y=12π, giving your answer in the form y=mx+c, giving m and c as exact irrational numbers.
(5)
题目中文翻译
曲线 C 的方程为
x=3sec22yx>3, 0<y<4π
(a) 用 y 表示 dydx。
(b) 由此证明
dxdy=qxx−3p
其中 p 为无理数,q 为整数,并写出 p 与 q 的值。
(c) 求曲线 C 在 y=12π 处的法线方程。答案写成 y=mx+c 的形式,其中 m 与 c 都要写成精确无理数。
解答
(a)
解法一
思路
展开
把 sec22y 看成 (sec2y)2,连续使用链式法则求 dydx。
答题过程
展开
We have
x=3sec22y
Differentiate with respect to y:
dydx=3⋅2sec2y⋅dyd(sec2y)
Since
dyd(sec2y)=2sec2ytan2y
we get
dydx=3⋅2sec2y(2sec2ytan2y)
Therefore
dydx=12sec22ytan2y
解法二
思路
展开
官方评分资料也给出先把正割平方写成余弦的负二次幂,再使用链式法则的路线。
答题过程
展开
Write
x=3(cos2y)−2.
Then
dydx===3(−2)(cos2y)−3(−2sin2y)12(cos2y)−3sin2y12sec22ytan2y.
(b)
解法一
思路
展开
由原方程把 sec22y 和 tan2y 都写成 x 的式子,再代入 (a) 并取倒数。角度范围保证平方根取正值。
答题过程
展开
From
x=3sec22y
we have
sec22y=3x
Using
tan22y=sec22y−1
gives
tan22y=3x−1=3x−3
Since
0<y<4π
we have 0<2y<2π, so tan2y>0. Hence
tan2y=3x−3
Using part (a),
dydx=12sec22ytan2y
Substitute the expressions in x:
dydx===12(3x)3x−34x⋅3x−334xx−3
Therefore
dxdy=4xx−33
So
p=3,q=4
解法二
思路
展开
官方替代路线是先把原式反解成 y=21arccos3/x,然后直接对 x 求导。
答题过程
展开
Since 0<2y<2π,
cos2y=x3,
and therefore
y=21arccos(3x−1/2).
Differentiating gives
dxdy==21(−1−3/x1)(−23x−3/2)4xx−33.
Hence
p=3,q=4.
(c)
解法一
思路
展开
先由给定的 y 求曲线上的 x 坐标,再用 (b) 求切线斜率;法线斜率是其负倒数。
答题过程
展开
At
y=12π
we have
2y=6π
Therefore
x=3sec26π
Since
cos6π=23
we get
sec26π=34
Thus
x=3⋅34=4
So the point is
(4,12π)
Now find the gradient of the tangent:
dxdy=4xx−33
At x=4,
dxdy=4(4)13=163
So the gradient of the normal is the negative reciprocal:
m=−316=−3163
Use
y−y1=m(x−x1)
with
(x1,y1)=(4,12π)
So
y−12π=−3163(x−4)
Expand:
y=−3163x+3643+12π
Hence
y=−3163x+3643+12π