题目
Problem
Figure 2 shows a sketch of the curve with equation
y2=2x2+15x+10y
(a) Find
dxdy
in terms of x and y.
(4)
The curve is not defined for values of x in the interval (p,q), as shown in Figure 2.
(b) Using your answer to part (a) or otherwise, find the value of p and the value of q.
(Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.)
(3)
题目中文翻译
图 2 给出了曲线的示意图,其方程为
y2=2x2+15x+10y
(a) 用 x,y 表示以下导数:
dxdy
(4)
如图 2 所示,当 x 取区间 (p,q) 内的值时,曲线无定义。
(b) 利用 (a) 的结果或用其他方法,求 p 和 q 的值。
(完全依赖计算器技术的解法不被接受。)
(3)
解答
(a)
解法一
思路
展开
对曲线方程隐式求导。用 g 暂记 dxdy,避免在同一行重复写长导数符号;所有含 y 的项都要乘上 g,再移项提取公因式。
答题过程
展开
Let
g=dxdy.
Differentiating the curve equation implicitly with respect to x gives
2yg=4x+15+10g.
Rearranging,
(2y−10)g=4x+15.
Therefore,
dxdy=2y−104x+15.
(b)
解法一
思路
展开
由图形可知,无定义区间的端点是两支曲线的竖直切线位置。在这些位置,上一问导数的分母为零。先求出 y,再代回原曲线方程求两个 x 值,并按 p<q 对应端点。
答题过程
展开
At the endpoints of the interval the curve has vertical tangents.
Using part (a), the denominator of the derivative is zero:
2y−10=0,
so y=5.
Substituting into the curve equation gives
25=2x2+15x+50.
Hence
2x2+15x+25=(2x+5)(x+5)=0,0.
Thus x=−5 or x=−25. Since p<q,
p=−5,q=−25.
也可以用曲线关于 y=5 的对称性先确定端点的纵坐标,因为
=(y−5)22x2+15x+25.
左边关于 y=5 对称,图中的两个最靠内侧点位于这条对称轴上。
令 x=0 时,y(y−10)=0 得到 y 轴截距 0,10,其中点也对应 y=5。
再把 y=5 代入,沿上面的二次方程求解即可。
解法二
思路
展开
把曲线方程整理成关于 y 的二次方程。对于给定的 x,存在实数 y 的条件是判别式不小于零;因此判别式为负的范围就是曲线无定义的区间。
答题过程
展开
Rearrange the curve equation as a quadratic in y:
=y2−10y−(2x2+15x)0.
Let c=−(2x2+15x). Its discriminant is
Δ====(−10)2−4c100+4(2x2+15x)4(2x2+15x+25)4(2x+5)(x+5).
The curve is not defined when Δ<0, so
(2x+5)(x+5)<0.
The critical values are −5 and −25.
The product is negative between these values, so the interval is
−5<x<−25.
Therefore,
p=−5,q=−25.
解法三
思路
展开
可以从两个 x 轴截距出发,利用双曲线的对称性求端点。先通过配方找到中心,再比较顶点和截距到中心的水平距离,不能仅凭“对称”猜出三分之一、三分之二。
答题过程
展开
First set y=0. Then
2x2+15x=x(2x+15)=0,0.
The x-axis intercepts are therefore x=0 and x=−215.
To locate the centre and vertices, let
X=x+415,
Y=y−5.
Completing the squares gives
2x2+15x=2X2−8225
and
y2−10y=Y2−25.
Hence the curve equation becomes
2X2−Y2=825.
The centre is at (−415,5).
Since
2X2=Y2+825,
the smallest possible ∣X∣ occurs when Y=0. The two vertices satisfy
X2=1625,
so X=±45.
Their x coordinates are
p=4−15−5=−5
and
q==4−15+5−25.
There are no real points between these vertices because there
2X2−825<0, which cannot equal Y2. Thus
p=−5,q=−25.
两个 x 轴截距到中心的水平距离都是 415,
而两个顶点到中心的水平距离都是 45,后者是前者的三分之一。
因此以 x 坐标衡量,从 x=0 向 x=−215 沿截距间的线段,
两个顶点在 x 轴上的投影 q、p 分别位于全长的三分之一、三分之二处。
这说明了上述对称性方法中距离比例的由来。