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如何推导函数$f(x)=100−x^2$在与x轴交点处的切线方程(附Sage实现代码)

如何推导函数$f(x)=100−x^2$在与x轴交点处的切线方程(附Sage实现代码)

我来一步步拆解这个问题,思路其实特别清晰:

步骤1:找到函数与x轴的交点

x轴上的点纵坐标都是0,所以解方程$f(x)=0$也就是$100 - x^2 = 0$,可以得到$x=10$或者$x=-10$,你关注的是$x=10$这个点,对应的坐标就是$(10, 0)$。

步骤2:计算切线的斜率

你说得没错,函数在某点的导数就是该点切线的斜率。对$f(x)=100-x^2$求导,得到$f'(x)=-2x$。把交点的x值10代入导数,就能算出切线斜率:
$$m = f'(10) = -2×10 = -20$$

步骤3:推导切线方程

我们用直线的斜截式$y=mx+c$来求方程,已知点$(10, 0)$在切线上,斜率$m=-20$,把这两个值代入方程:
$$0 = -20×10 + c$$
解这个式子就能得到$c=200$,所以最终的切线方程就是$y=-20x+200$。

用Sage代码实现并绘图

如果你想用Sage来验证这个结果,下面是完整的代码,我也标注了每一步的逻辑:

# 定义原函数
f(x) = 100 - x**2

# 定义原函数的导数(也就是切线斜率的表达式)
fd(x) = -2*x

# 推导切线方程:已知点(10, 0),斜率为fd(10),代入y=mx+c求出c=200,得到切线方程
fr(x) = fd(10)*x + 200

# 绘制原函数在(0,10)区间的图像
p1 = plot(f, (0, 10))

# 绘制切线在(0,10)区间的图像,设置为绿色
p2 = plot(fr, (0, 10), color='green')

# 合并显示两个图像
p1 + p2

运行这段代码就能看到原函数曲线和它在$(10,0)$处的绿色切线啦。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Martel

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