2013 第 4 題 — 由斜率求曲線及切線
某曲線在任意點 (x, y) 的斜率為 dy/dx = eˣ − 1,且曲線通過 (1, e)。求(a) 曲線的方程;(b) 曲線與 y 軸交點處的切線方程。
切線沿 y = eˣ − x + 1 滑動。斜率 eˣ − 1 在 x < 0 時為負、x > 0 時為正,所以恰好在曲線與 y 軸的交點 (0, 2) 變成水平。 自己試試 → - (a) 積分:
y = ∫(eˣ − 1) dx = eˣ − x + C - 通過
(1, e):e = e − 1 + C,故 C = 1,y = eˣ − x + 1 - (b) 在 y 軸上
x = 0:y = 1 − 0 + 1 = 2 - 該點的斜率
= e⁰ − 1 = 0,故切線為水平線
答案: (a) y = eˣ − x + 1;(b) y = 2
2013 第 5 題 — 由符號表求轉向點、拐點及漸近線
設 f(x) = (3 − 3x²)/(3 + x²)。已知 f′(x) 及 f″(x) 的符號:x < 0 時 f′ > 0,f′(0) = 0,x > 0 時 f′ < 0;|x| > 1 時 f″ > 0,f″(±1) = 0,|x| < 1 時 f″ < 0。求 y = f(x) 的極大/極小點、拐點及漸近線,並描繪其圖像。
切線上升至極大點 (0, 1) 後下降。曲線在 (−1, 0) 由向上凹變為向下凹,在 (1, 0) 再變回來,兩端則趨向 y = −3。 自己試試 → f′ 在 x = 0 由正變負,且 f(0) = 3/3 = 1:極大點為 (0, 1);沒有極小點f″ 在 x = −1 及 x = 1 變號,且 f(±1) = 0/4 = 0:拐點為 (−1, 0) 及 (1, 0)- 分子分母同除以
x²:當 x → ±∞,f(x) = (3/x² − 3)/(3/x² + 1) → −3 - 分母
3 + x² 永不為零,故沒有鉛垂漸近線
答案: 極大點 (0, 1);拐點 (−1, 0) 及 (1, 0);水平漸近線 y = −3
2013 第 6 題 — 拋物線與 y = 4 之間的面積及繞 y = 4 的體積
曲線 C: y = −x²/2 + 2x + 4 與直線 L₁: y = 4 相交於 (0, 4) 及 (4, 4);L₂ 為直線 x = 5。陰影區域位於 C 與 L₁ 之間,由 x = 0 至 x = 5。求(a) 其面積;(b) 該區域繞 L₁ 旋轉所得的體積。
區域由左至右填滿。由 x = 0 至 4 曲線在 y = 4 之上(藍色,16/3);由 4 至 5 則在其下(綠色,7/6)。兩部分須相加而非相減。 自己試試 → - 區域相對
L₁ 的高度:y − 4 = −x²/2 + 2x,在 (0, 4) 為正,在 (4, 5) 為負 ∫₀⁴ (−x²/2 + 2x) dx = [−x³/6 + x²]₀⁴ = −32/3 + 16 = 16/3∫₄⁵ (x²/2 − 2x) dx = [x³/6 − x²]₄⁵ = (−25/6) − (−16/3) = 7/6- (a) 面積
= 16/3 + 7/6 = 13/2 - (b) 繞
L₁ 旋轉時半徑為 |y − 4|,平方後符號消失:V = π∫₀⁵ (−x²/2 + 2x)² dx = π∫₀⁵ (x⁴/4 − 2x³ + 4x²) dx V = π[x⁵/20 − x⁴/2 + 4x³/3]₀⁵ = π(625/4 − 625/2 + 500/3) = 125π/12
答案: (a) 13/2;(b) 125π/12
2013 第 10 題 — 分點及四點共圓
設 OA = 2i 及 OB = i + 2j。M 為 OA 的中點,N 在 AB 上且 BN : NA = k : 1。BM 與 ON 相交於 P。(a) 以 k 表示 ON。(b) 若 A、N、P、M 共圓,求 k。
k 改變時 N 沿 AB 移動;紅色圓永遠通過 A、N 及 M。只有當 ON 垂直於 AB(即 k = 3/2)時,P 才落在該圓上。 自己試試 → - (a) 分點公式:
ON = (OB + k·OA)/(k + 1) = [(1 + 2k)i + 2j]/(k + 1) - (b)
M = (1, 0) 及 B = (1, 2),故 BM 為鉛垂線,∠PMA = 90° - 圓內接四邊形對角互補,故
∠PNA = 90°,即 ON ⊥ AB AB = OB − OA = −i + 2jON · AB = 0:−(1 + 2k) + 4 = 0
答案: (a) ON = [(1 + 2k)i + 2j]/(k + 1);(b) k = 3/2