題目
Problem
4. Consider the parametric curve x=2t2+1,y=4t. Let P be the point (2p2+1,4p). The greatest value of p such that the normal to the curve at P passes through (31,−24) is p=(7).
解答
解法一
思路
展開
- 寫出參數曲線在任意參數 t 處的切線斜率 mT:
mT=dxdy=dx/dtdy/dt
- 求出法線斜率 mN=−mT1。
- 利用法線通過點 P(2p2+1,4p) 及已知點 (31,−24) 建立斜率方程式。
- 求解所得之三次代數方程,並找出最大的實數解 p。
答題過程
展開
首先求切線斜率:
dtdx=4t,dtdy=4⟹mT=dxdy=4t4=t1
在點 P(即 t=p 處),切線斜率為 mT=p1,故法線斜率為:
mN=−p
法線通過點 P(2p2+1,4p) 與 (31,−24),其兩點構成之斜率式為:
mN=(2p2+1)−314p−(−24)=2p2−304p+24=p2−152p+12
令兩斜率相等建立方程式:
−p=p2−152p+12⟹−p3+15p=2p+12⟹p3−13p+12=0
觀察易知 p=1 為其一實根。使用多項式除法因式分解:
(p−1)(p2+p−12)=(p−1)(p−3)(p+4)=0
解得實根 p=1,3,−4。
題目要求最大的 p 值,故最大值為 p=3。