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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 和 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 和 处的切线方程。
1. 在点 处的切线(记为 ):
- 把 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 ):
- 把 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:
把 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 。
- 上方边界在 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 到 ):
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 到 ):
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 )。