一、题目
设函数 $y = y \left(x\right)$ 由参数方程 $\begin{cases} x=2\mathrm{e}^{t}+t+1 \\ y=4\left(t-1\right)\mathrm{e}^{t}+t^{2} \end{cases}$ 确定,则 $\left.\frac{\mathrm{d}^{2}y}{\mathrm{d}x^{2}}\right|_{t=0}=\underline{\hspace{26px}}$
难度评级:
二、解析
首先:
$$
\begin{aligned}
\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} & = \frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} t} \cdot \frac{\mathrm{d} t}{\mathrm{d} x} = \frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} t} \cdot \frac{1}{\frac{\mathrm{d} x}{\mathrm{d} t}} \\ \\
\frac{\mathrm{d}^{2} y}{\mathrm{d} x^{2}} & = \frac{\mathrm{d} \left( \frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} \right)}{\mathrm{d} x} = \frac{\mathrm{d} \left( \frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} \right)}{\mathrm{d} t} \cdot \frac{\mathrm{d} t}{\mathrm{d} x} = \frac{\mathrm{d} \left( \frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} \right)}{\mathrm{d} t} \cdot \frac{1}{\frac{\mathrm{d} x}{\mathrm{d} t}}
\end{aligned}
$$
又因为:
$$
\begin{aligned}
\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} t} & = 4 \mathrm{e}^{t} + 4 \left( t-1 \right) \mathrm{e}^{t} + 2t \\ \\
& = 4 t \mathrm{e}^{t} + 2t \\ \\ \\
\frac{\mathrm{d} x}{\mathrm{d} t} & = 2 \mathrm{e}^{t} + 1
\end{aligned}
$$
于是:
$$
\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} = \frac{4t\mathrm{e}^{t}+2t}{2\mathrm{e}^{t}+1} = \frac{2t \left( 2 \mathrm{e}^{t} + 1 \right)}{2 \mathrm{e}^{t} + 1} = 2t
$$
这里需要注意的关键点是:一定要在写出 $\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}$ 的表达式后尝试进行化简,否则接下来的求导计算量会非常大,也很容易出错.
进而:
$$
\frac{\mathrm{d} \left( \frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} \right)}{\mathrm{d} t} = \left( 2t \right) ^{\prime} = 2
$$
综上,当 $t = 0$ 时,有:
$$
\left.\frac{\mathrm{d}^{2}y}{\mathrm{d}x^{2}}\right|_{t=0} = 2 \cdot \frac{1}{2+1} = \frac{2}{3}
$$
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