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附加数学 · 在混合微积分题中找回解题方法

用切线条件求未知系数

曲线里有未知字母,唯一的线索是有一条直线与它相切。

切线在切点给出两个事实:曲线与直线的 y 值相同,梯度也相同。每个事实写成一个方程,就能解出曲线里的未知常数。

本课属于混合微积分题选方法这一组,建立在求切线与法线的基础上。

例题一:由梯度求一个未知数

曲线 y = ax² + 3x − 1 在 x = 2 处的梯度是 11。求 a。

dy/dx = 2ax + 3。x = 2 时是 4a + 3,它等于 11。

所以 4a + 3 = 11,4a = 8,a = 2。验算:dy/dx = 4x + 3,x = 2 时等于 11。

例题二:由切线求两个未知数

直线 y = 2x + 3 与曲线 y = x³ + ax + b 在 x = 1 处相切。求 a 和 b。

梯度相同。 曲线的梯度是 3x² + a,x = 1 时是 3 + a。直线的梯度是 2,所以 3 + a = 2,a = −1。

点相同。 直线在 x = 1 时,y = 2(1) + 3 = 5。曲线在 x = 1 时,y = 1 + a + b = 1 − 1 + b = b,所以 b = 5。

验算。 曲线是 y = x³ − x + 5。x = 1 时,y = 1 − 1 + 5 = 5,dy/dx = 3 − 1 = 2。两者都与直线吻合。

例题三:题目已给出点

直线 y = 4x − 5 在 x = 3 处与曲线 y = x² + bx + 4 相切。

直线在 x = 3 时,y = 12 − 5 = 7。曲线在 x = 3 时,9 + 3b + 4 = 7,所以 3b = −6,b = −2。

用梯度验算:曲线的梯度是 2x + b = 6 + b,b = −2 时等于 4。两个条件互相吻合,答案得到确认。

会丢分的写法

常见的错误是:只用了两个条件中的一个,或者把直线的 y 截距当成曲线的值。

步骤 错误 正确
点的条件 让直线的常数 (+3) 等于曲线的常数 两边都代入 x = 1,让 y 值相等
梯度条件 让曲线的 y 等于直线的梯度 让曲线的 dy/dx 等于直线的梯度

请分两行写过程,一行标「梯度相同」,一行标「点相同」。

自测

直线 y = 3x − 1 在 x = 2 处与曲线 y = x² + px + q 相切。求 p 和 q。

答案

梯度:dy/dx = 2x + p。x = 2 时是 4 + p,它等于 3,所以 p = −1。

点:直线在 x = 2 时,y = 6 − 1 = 5。曲线在 x = 2 时,4 + 2p + q = 4 − 2 + q = 2 + q,所以 2 + q = 5,q = 3。

验算:曲线是 y = x² − x + 3。x = 2 时,y = 4 − 2 + 3 = 5,dy/dx = 4 − 1 = 3。两者都吻合。

接下来学什么

继续读受限区间内比较端点与驻点。想看判别式的做法,可以读直线与曲线只相触一点。

想请老师检查你列出的方程,可以了解线上一对一附加数学补习。

常见问题

切线给了我哪两个事实?

切线与曲线共享切点,所以在那一点两者的 y 值相等;它们在该点的梯度也相同,所以 dy/dx 等于直线的梯度。每个事实写成一个方程。

最多能求出几个未知数?

有几个独立的方程,就能求几个未知数。已知 x 处的切线给出两个方程,所以能求出两个未知常数。如果只知道梯度,就只能求一个。

应该先写哪个方程?

如果未知数出现在 dy/dx 里,先写梯度条件,它往往是只含一个未知数的方程。再用点的条件求下一个未知数。

怎样验算答案?

写出最后的曲线,确认两件事:它在给定 x 处的值等于切线的 y,它在该处的导数等于切线的梯度。两者都成立才算对。

如果你明白切线的两个事实,却不确定怎样写成方程,一对一课堂里老师可以用新的曲线和你一起练这一步翻译。

  • 为孩子安排线上一对一课程,由经验丰富的老师授课。
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