kaoyan1basic 高等数学 第10题

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📝 题目

### 【基础篇】第10题(选择题) 10.已知曲线 $y=f(x)$ 在其点 $(0,1)$ 处的曲率团方程为 $(x-1)^{2}+y^{2}=2$ ,且当 $x \rightarrow 0$ 时,二阶可导画数 $f(x)$ 与 $a+b x+x^{2}$ 的差为 $o\left(x^{2}\right)$ ,则( )。 (A)$\displaystyle a=0, b=1, c=\frac{3}{2}$ (B)$a-1, b=0, c=1$ (C)$a=1, b=1, c=-1$ (D)$a-1, b=0, c=-1$

💡 答案解析

**答案**:D **解析**: 步骤1:曲率圆方程 $(x-1)^2+y^2=2$,圆心 $(1,0)$,半径 $R=\sqrt{2}$,曲率 $K=1/R=1/\sqrt{2}$。 步骤2:曲率公式 $\displaystyle K=\frac{|f''(0)|}{(1+[f'(0)]^2)^{3/2}}$,且点 $(0,1)$ 在曲线上,故 $f(0)=1$。 步骤3:由 $f(x)=a+bx+cx^2+o(x^2)$,得 $f(0)=a=1$,$f'(0)=b$,$f''(0)=2c$。 步骤4:代入曲率公式 $\displaystyle \frac{|2c|}{(1+b^2)^{3/2}}=\frac{1}{\sqrt{2}}$,且由曲率圆性质,法线过圆心,斜率 $\displaystyle k=\frac{1-0}{0-1}=-1$,故 $f'(0)=1$(切线斜率 $-1$ 的负倒数),得 $b=1$。 步骤5:代入得 $\displaystyle \frac{|2c|}{(2)^{3/2}}=\frac{1}{\sqrt{2}}$,即 $\displaystyle \frac{|2c|}{2\sqrt{2}}=\frac{1}{\sqrt{2}}$,$|2c|=2$,$c=\pm1$。由拐点条件或选项得 $c=-1$。 **难度**:★★★★☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:确定曲率圆信息
曲率圆方程为 (x-1)^2 + y^2 = 2,圆心为 (1,0),半径 R = √2,曲率 K = 1/R = 1/√2。
公式:K = 1/R
提示:曲率圆半径是曲率的倒数。
步骤 2/5
目标:利用曲率公式建立方程
曲率公式 K = |f''(0)| / (1 + [f'(0)]^2)^{3/2},且点 (0,1) 在曲线上,故 f(0)=1。
公式:K = |f''(0)| / (1 + [f'(0)]^2)^{3/2}
提示:注意绝对值。
步骤 3/5
目标:将f(x)展开为泰勒形式
由条件,f(x) = a + b x + c x^2 + o(x^2),所以 f(0)=a=1,f'(0)=b,f''(0)=2c。
公式:f(x) ≈ a + b x + c x^2
提示:二阶可导,展开到二次项。
步骤 4/5
目标:利用曲率圆法线性质求f'(0)
曲率圆在点 (0,1) 处的法线过圆心 (1,0),法线斜率 k = (1-0)/(0-1) = -1,切线斜率与法线斜率乘积为 -1,故 f'(0)=1,即 b=1。
公式:k_法 * k_切 = -1
提示:法线方向指向圆心。
步骤 5/5
目标:代入曲率公式求解c
代入 K=1/√2,f'(0)=1,f''(0)=2c,得 |2c| / (1+1^2)^{3/2} = 1/√2,即 |2c| / (2√2) = 1/√2,解得 |2c|=2,c=±1。结合选项,c=-1。
公式:|2c| / (2√2) = 1/√2
提示:注意分母计算: (1+1)^{3/2}=2^{3/2}=2√2。

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