人邮高数 第4章 第4-1-6题
📝 题目
6．写出由下列条件确定的曲线所满足的微分方程。
（1）曲线在点 $(x, y)$ 处的切线的斜率等于该点的横坐标的平方；
（2）曲线在点 $P(x, y)$ 处的法线与 $x$ 轴的交点为 $Q$ ，且线段 $P Q$ 被 $y$ 轴平分；
（3）曲线在点 $M(x, y)$ 处的切线与 $x$ 轴、 $y$ 轴的交点分别为 $P 、 Q$ ，线段 $P Q$ 被点 $M$ 平分，且曲线通过点 $(3,1)$ ．
💡 答案解析
[AI解答]
[AI解答]
（1）
曲线在点 $(x, y)$ 处的切线斜率为
$$
\frac{dy}{dx} = x^2
$$
所以所求微分方程为
$$
\boxed{\frac{dy}{dx} = x^2}
$$
（2）
曲线在点 $P(x, y)$ 处的法线斜率为 $-\frac{1}{y'}$（设 $y' = \frac{dy}{dx}$），法线方程为
$$
Y - y = -\frac{1}{y'}(X - x)
$$
令 $Y = 0$，得法线与 $x$ 轴交点 $Q$ 的横坐标为
$$
X_Q = x + y y'
$$
线段 $PQ$ 被 $y$ 轴平分，即 $P$ 与 $Q$ 的中点在 $y$ 轴上，故
$$
\frac{x + X_Q}{2} = 0 \quad\Rightarrow\quad x + (x + y y') = 0
$$
即
$$
2x + y y' = 0
$$
所以微分方程为
$$
\boxed{2x + y\frac{dy}{dx} = 0}
$$
（3）
曲线在点 $M(x, y)$ 处的切线斜率为 $y'$，切线方程为
$$
Y - y = y'(X - x)
$$
令 $Y = 0$，得与 $x$ 轴交点 $P$ 的横坐标
$$
X_P = x - \frac{y}{y'}
$$
令 $X = 0$，得与 $y$ 轴交点 $Q$ 的纵坐标
$$
Y_Q = y - x y'
$$
线段 $PQ$ 被点 $M$ 平分，即 $M$ 是 $P$ 与 $Q$ 的中点，故
$$
x = \frac{X_P + 0}{2}, \quad y = \frac{0 + Y_Q}{2}
$$
由第一个等式：
$$
2x = x - \frac{y}{y'} \quad\Rightarrow\quad x = -\frac{y}{y'} \quad\Rightarrow\quad y' = -\frac{y}{x}
$$
由第二个等式：
$$
2y = y - x y' \quad\Rightarrow\quad y = -x y'
$$
两者等价，故微分方程为
$$
\frac{dy}{dx} = -\frac{y}{x}
$$
又曲线通过点 $(3,1)$，此为初始条件。
所以微分方程为
$$
\boxed{\frac{dy}{dx} = -\frac{y}{x}}
$$
难度：★★☆☆☆