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设函数具有二阶导数,且曲线与直线相切于原点,记为曲线在点处切线的倾角,若,求的表达式。

答案

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(1)从相切条件读出初值。曲线与 相切于原点,故 、。由切线倾角关系 ,求导得 。结合题设 ,得到 。

(2)降阶并分离变量。令 ,则 、。右端关于 光滑,初值问题解唯一;零解不能与所求解相交,故在含零点的存在区间上 。于是

积分得 ,即 ,其中 。代入 得 。

(3)确定正分支。两边均为正,平方可得 ,即 。由 ,得到

该范围保证根号内严格为正。

(4)再积分。令 ,则 ,所以

代入 得 ,故 ,。

(5)核对条件。该式给出 、,从而 。且 、,满足原点相切条件;此分支 ,倾角取 内的值。