2017 第 8 題 — f′(x) = (1/x) ln x² 的曲線:切線、方程及拐點
曲線 Γ: y = f(x) 定義於 x > 0,通過 P(e³, 7),且 f′(x) = (1/x) ln x²。求(a) Γ 在 P 的切線方程;(b) Γ 的方程;(c) Γ 的拐點。
切線沿 Γ: y = (ln x)² − 2 滑動。曲線在 x = 1 降至最低點,在 (e, −1) 由向上凹變為向下凹,而在 P(e³, 7) 的切線為 y = 6x/e³ + 1。 自己試試 → - 當
x > 0,ln x² = 2 ln x,故 f′(x) = (2 ln x)/x - (a) P 的斜率:
2 · 3/e³ = 6/e³。切線:y − 7 = (6/e³)(x − e³),即 y = 6x/e³ + 1 - (b) 設
u = ln x:y = ∫ 2u du = (ln x)² + C。通過 P:9 + C = 7,故 y = (ln x)² − 2 - (c)
f″(x) = (2 − 2 ln x)/x²,在 x = e 為 0,並在該處由正變負 f(e) = 1 − 2 = −1
答案: (a) y = 6x/e³ + 1;(b) y = (ln x)² − 2;(c) (e, −1)
2017 第 9 題 — y = (x² − 5x)/(x + 4) 的漸近線、轉向點及體積
設 f(x) = (x² − 5x)/(x + 4)(x ≠ −4),其圖像為 G。(a) 求 G 的漸近線。(b) 求 f′(x)。(c) 求 G 的極大點及極小點。(d) R 是由 G 及 x 軸所圍成的區域。求 R 繞 x 軸旋轉所得旋轉體的體積。
曲線(紅)在兩個 x 截距 0 與 5 之間略低於 x 軸,最低至極小點 (2, −1)。把這個淺淺的區域繞 x 軸旋轉,得到紡錘形的立體,體積約為 8.28。 自己試試 → - (a) 長除:
x² − 5x = (x + 4)(x − 9) + 36,故 f(x) = x − 9 + 36/(x + 4)。漸近線:x = −4 及 y = x − 9 - (b)
f′(x) = 1 − 36/(x + 4)² = (x + 10)(x − 2)/(x + 4)² - (c)
f′ 在 x = −10 由正變負:極大點 (−10, −25)。在 x = 2 由負變正:極小點 (2, −1) - (d) G 與 x 軸相交於
x = 0 及 x = 5。設 u = x + 4:V = π∫₄⁹ (u − 13 + 36/u)² du (u − 13 + 36/u)² = u² − 26u + 241 − 936/u + 1296/u²V = π[u³/3 − 13u² + 241u − 936 ln u − 1296/u]₄⁹ = π(2285/3 − 936 ln(9/4))
答案: (a) x = −4、y = x − 9;(c) 極大點 (−10, −25),極小點 (2, −1);(d) π(2285/3 − 1872 ln(3/2)) ≈ 8.28