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求曲线和切面围成的面积

日期:2025-12-16

25. 求抛物线 与其在点 处的切线所围成的图形的面积。

示意图

勾选/取消“填充面积、抛物线、切线、关键点”即可看清两段上边界的切换,理解为何需要分段积分:

这道题的解题核心在于:需要分段积分。

下面是详细的步骤解析:

第一步:求切线的斜率

首先,我们需要求导数来确定切线的斜率。 抛物线方程为:

求导:

第二步:求两条切线的方程

我们需要分别求出在点 处的切线方程。

1. 在点 处的切线(记为 ):

  • 代入导数公式求斜率:
  • 利用点斜式写方程:整理得:

2. 在点 处的切线(记为 ):

  • 代入导数公式求斜率:
  • 利用点斜式写方程:整理得:

第三步:求两条切线的交点

这一步非常关键,因为这个交点的横坐标就是我们需要分段积分的分界点。

联立两条切线方程:

解这个方程:

代入任一方程求

所以交点坐标是

第四步:分析图形并列出积分式

  • 图形位置关系:抛物线开口向下(因为 系数是负的),所以切线在抛物线的上方
  • 围成区域
    • 下方边界一直是抛物线
    • 上方边界 时是切线 );在 时是切线 )。

因此,面积 需要分成两部分计算:

第五步:计算定积分

计算第一部分面积 (从 ):

化简被积函数(这步很重要,你会发现很多项消掉了):

计算第二部分面积 (从 ):

化简被积函数:

注意:这里 正好是

代入上下限计算:

第六步:得出最终结果

总面积:

或者用分数表示:

答案: 所围成图形的面积为 (或 )。