Skip to content
CalcGospel 微積分福音
返回

113 台綜大微積分(C) 第 2 題

考題 / 轉學考微積分 / 台綜大 / 微積分C

113學年度 · 113微積分C · 第 2 題

題目

Problem

2. Let CC be the curve defined by the parametric equations x=t3+1x = t^3 + 1, y=t4+ty = t^4 + t. Find the slope of the tangent line to CC at the point (0,0)(0, 0). (10%)

解答

解法一

思路

展開
  1. 本題要求參數曲線在點 (0,0)(0,0) 處的切線斜率。
  2. 第一步:求解點 (0,0)(0,0) 對應的參數 tt
    • x=t3+1=0    t3=1    t=1x = t^3 + 1 = 0 \implies t^3 = -1 \implies t = -1
    • t=1t = -1 代回 yy 檢驗: y=(1)4+(1)=11=0y = (-1)^4 + (-1) = 1 - 1 = 0,符合點座標。
    • 因此,此點對應參數為 t=1t = -1
  3. 第二步:求參數曲線的一階導函數 dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}
    • 根據參數方程求導公式: dydx=dy/dtdx/dt\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} = \frac{\mathrm{d}y/\mathrm{d}t}{\mathrm{d}x/\mathrm{d}t}
    • 計算 dydt=4t3+1\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t} = 4t^3 + 1
    • 計算 dxdt=3t2\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} = 3t^2
    • 導函數為: dydx=4t3+13t2\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} = \frac{4t^3+1}{3t^2}
  4. 第三步:代入 t=1t = -1 計算斜率

答題過程

展開

我們首先求解點 (x,y)=(0,0)(x, y) = (0, 0) 所對應的參數 tt 值:

x=t3+1=0    t3=1x = t^3 + 1 = 0 \implies t^3 = -1

在實數範圍內,解得:

t=1t = -1

我們將 t=1t = -1 代入 yy 的方程式中進行驗證:

y=(1)4+(1)=11=0y = (-1)^4 + (-1) = 1 - 1 = 0

證實點 (0,0)(0, 0) 對應的參數為 t=1t = -1


接下來,我們使用參數方程求導公式來計算切線斜率 m=dydxm = \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x}

dydx=dydtdxdt\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} = \frac{\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t}}{\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}}

對參數式分別關於 tt 求導:

  • dydt=ddt(t4+t)=4t3+1\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t} = \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\left(t^4 + t\right) = 4t^3 + 1
  • dxdt=ddt(t3+1)=3t2\displaystyle \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} = \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\left(t^3 + 1\right) = 3t^2

將其代回斜率公式:

dydx=4t3+13t2\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} = \frac{4t^3 + 1}{3t^2}

t=1t = -1 代入以計算在 (0,0)(0, 0) 處的切線斜率:

m=dydxt=1=4(1)3+13(1)2=4+13=33=1m = \left. \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} \right|_{t=-1} = \frac{4(-1)^3 + 1}{3(-1)^2} = \frac{-4 + 1}{3} = \frac{-3}{3} = -1

結論: 在點 (0,0)(0, 0) 處的切線斜率為 1-1