如何找到曲线上的所有点x ^ 2 + xy + y ^ 2 = 7其中切线与x轴平行,切线与y轴平行的点?

如何找到曲线上的所有点x ^ 2 + xy + y ^ 2 = 7其中切线与x轴平行,切线与y轴平行的点?
Anonim

回答:

切线平行于 #X# 斜率时的轴(因此 #DY / DX#)为零并且与…平行 #Y# 斜率轴(再次, #DY / DX#)去 #OO# 要么 #-oo#

说明:

我们首先要找到 #DY / DX#:

#x ^ 2 + xy + y ^ 2 = 7#

#d / dx(x ^ 2 + xy + y ^ 2)= d / dx(7)#

#2x + 1y + xdy / dx + 2y dy / dx = 0#

#dy / dx = - (2x + y)/(x + 2y)#

现在, #dy / dx = 0# 当nuimerator是 #0#,只要这也不是分母 #0#.

#2X + Y = 0# 什么时候 #y = -2x#

我们现在有两个方程式:

#x ^ 2 + xy + y ^ 2 = 7#

#y = -2x#

解决(通过替换)

#x ^ 2 + x(-2x)+( - 2x)^ 2 = 7#

#x ^ 2 -2x ^ 2 + 4x ^ 2 = 7#

#3x ^ 2 = 7#

#x = + - sqrt(7/3)= + - sqrt21 / 3#

运用 #y = -2x#,我们得到

曲线的切线在两点处是水平的:

#(sqrt21 / 3, - (2sqrt21)/ 3)##( - sqrt21 / 3,(2sqrt21)/ 3)#

(观察这些对也不会成为分母 #DY / DX# 等于 #0#)

要找到切线垂直的点,请将分母设为 #DY / DX# 等于tpo #0# (也没有制作分子 #0#).

我们可以通过解决方案,但我们将获得的等式的对称性:

#X = -2y#所以

#y = + - sqrt21 / 3#

并且切线垂直的曲线上的点是:

#( - (2sqrt21)/ 3,sqrt21 / 3)##((2sqrt21)/ 3,-sqrt21 / 3)#

顺便说说。因为我们有这项技术,这里是这个旋转椭圆的图形:(注意 #+ - sqrt21 / 3 ~~ + - 1.528# 您可以在图表上看到。)

图{x ^ 2 + xy + y ^ 2 = 7 -11.3,11.2,-5.665,5.585}

回答:

我只使用中学数学

平行于x轴的切线:

#( - sqrt {7/3},2sqrt {7/3})和(sqrt {7/3}, - 2qq {7/3})#

切线平行于y轴:

#( - 2sqrt {7/3},sqrt {7/3})和(2sqrt {7/3}, - sq {7/3})#

说明:

我瞥了一眼Jim的答案,看起来像是一个很好的标准微积分处理。但我不禁为在苏格拉底地区的所有中学生感到悲伤,他们想找到代数曲线的切线,但距离微积分还有几年的时间。

幸运的是,他们只能使用代数I来解决这些问题。

#的x ^ 2 + XY + Y ^ 2 = 7#

对于第一个例子,这可能有点复杂,但让我们继续吧。我们把曲线写成 #F(X,Y)= 0# 哪里

#f(x,y)= x ^ 2 + xy + y ^ 2-7#

让我们来 #(R,S)# 作为一个观点 #F#。我们想调查一下 #F##(R,S)# 所以我们写

#f(x,y)= f(r +(x-r),s +(y-s))#

#=(r +(x-r))^ 2 +(r +(x-r))(s +(y-s))+(s +(y-s))^ 2-7#

我们扩展,但我们不扩大差异条款 #X-R##y的-S#。我们希望保持这些完好无损,以便我们可以尝试稍后删除一些。

#f(x,y)= r ^ 2 + 2r(xr)+(xr)^ 2 +(rs + s(xr)+ r(ys)+(xr)(ys))+ s ^ 2 + 2s( ys)+(ys)^ 2-7#

#=(r ^ 2 + rs + s ^ 2 - 7)+(2r + s)(xr)+(2s + r)(ys)+(xr)^ 2 +(ys)^ 2 +(xr)( YS)#

#= f(r,s)+(2r + s)(x-r)+(2s + r)(y-s)+(x-r)^ 2 +(y-s)^ 2 +(x-r)(y-s)#

我们说 #(R,S)# 是的 #F# 所以 #F(R,S)= 0#.

#f(x,y)=(2r + s)(x-r)+(2s + r)(y-s)+(x-r)^ 2 +(y-s)^ 2 +(x-r)(y-s)#

我们按度数对术语进行了排序,我们可以尝试近似值 #F##(R,S)# 通过降低更高的学位。这个想法是什么时候 #(X,Y)##(R,S)# 然后 #X-R##y的-S# 很小,他们的正方形和产品仍然较小。

让我们生成一些近似值 #F#。以来 #(R,S)# 在曲线上,常数近似,丢弃所有差异项,是

#f_0(x,y)= 0#

这不是特别令人兴奋,但它正确告诉我们附近的点 #(R,S)# 将给出接近零的值 #F#.

让我们变得更有趣并保持线性项。

#f_1(x,y)=(2r + s)(x-r)+(2s + r)(y-s)#

当我们将其设置为零时,我们得到最佳线性近似值 #F##(R,S),# 哪一个是 切线#F##(R,S)。# 现在我们到了某个地方。

#0 =(2r + s)(x-r)+(2s + r)(y-s)#

我们也可以考虑其他近似值:

#f_2(x,y)=(2r + s)(x-r)+(2s + r)(y-s)+(x-r)^ 2#

#f_3(x,y)=(2r + s)(x-r)+(2s + r)(y-s)+(x-r)^ 2 +(x-r)(y-s)#

这些是高阶切线,是大学数学学生难以达到的切线。我们已经超越了大学微积分。

有更多的近似值,但我被警告这是越来越长。现在我们学会了如何仅使用代数I进行微积分,让我们来解决问题。

我们想要找到切线与其平行的点 #X# 轴和 #Y# 轴。

我们找到了切线 #(R,S)#

#0 =(2r + s)(x-r)+(2s + r)(y-s)#

平行于 #X# 轴表示方程式 #y = text {constant}#。所以系数就可以了 #X# 必须为零:

#2r + s = 0#

#s = -2r#

#(R,S)# 是这样的曲线 #F(R,S)= 0#:

#r ^ 2 + rs + s ^ 2 - 7 = 0#

#r ^ 2 + r(-2r)+( - 2r)^ 2 - 7 = 0#

#r = pm sqrt {7/3}#

以来 #S = -2r# 要点是

#( - sqrt {7/3},2sqrt {7/3})和(sqrt {7/3}, - 2qq {7/3})#

类似地,与y轴平行意味着 #2S + R = 0# 由于问题的对称性,它应该只交换x和y。所以其他要点是

#( - 2sqrt {7/3},sqrt {7/3})和(2sqrt {7/3}, - sq {7/3})#

校验。

怎么检查?我们来做Alpha图。

plot x ^ 2 + xy + y ^ 2 = 7,x = -sqrt {7/3},y = 2 sqrt {7/3},x = 2sqrt {7/3},y = -sqrt {7/3 }

看起来不错。代数曲线上的微积分。非常适合中学。