題目
Problem
Find point(s) (x0,y0) on the curve
x+y=12
at which normal line(s) to this curve has(have) slope(s) 31. (10%)
(2) (x0,y0)=見解答.
解答
解法一
思路
展開
- 本題要求尋找曲線 x+y=12 上的點 (x0,y0),使得在該點處的法線斜率為 1/3。
- 切線與法線關係:
- 法線斜率與切線斜率(即導數 y′)互為負倒數關係:
mnormal⋅y′=−1⟹y′=−mnormal1
- 已知法線斜率為 1/3,故在該點的切線斜率(導數)必須滿足:
y′=−3
- 隱函數求導:
- 對曲線方程式 x+y=12 兩邊對 x 微分:
2x1+2y1y′=0⟹y′=−xy
- 求解聯立方程:
- 將 y′=−3 代入求導結果:
−xy=−3⟹y=3x
- 將此關係式代回原曲線方程式中,解出 x 與 y。
答題過程
展開
首先,因為法線斜率為 m=31,且切線與法線互相垂直,故該點處的切線斜率(即導數 dxdy)為:
dxdy=−1/31=−3
對曲線方程式 x+y=12 兩邊關於 x 求導:
2x1+2y1⋅dxdy=0
整理以求解一階導數:
2y1⋅dxdy=−2x1⟹dxdy=−xy
將 dxdy=−3 代入:
−xy=−3⟹y=3x— (1)
將式 (1) 代回原曲線方程式:
x+(3x)=4x=x=12123
將 x=3 平方,求得 x0:
x0=9
將 x=3 代回式 (1):
y0=3(3)=9
將其平方,求得 y0:
y0=81
經檢驗, (9,81) 滿足原方程式且變數皆為正值,因此為唯一解。
結論:
所求的點為 (9,81)。