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例題精講 · 第 00454 題 · 先對 t 求導再除以 dx/dt,二階導別忘了再除一次

對自編示意參數曲線 x=t²、y=t³−3t 在 t=2 與 t=1 處求一階、二階導數與曲率及曲率半徑,並用兩條式子互驗水平切線情形。

00454題號全 1000 篇 · 第 第76輪 / 第76冊 輪
方向數學·導數與解三角形六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 數學導數與解三角形

一、考點定位與做題順序

參數方程求導最容易漏的是二階:d²y/dx² 不是 (d²y/dt²)/(d²x/dt²),而是先求 dy/dx 關於 t 的導數,再除以 dx/dt。

自編示意曲線:x=t²,y=t³−3t。本講在 t=2 與 t=1 兩處計算,全部按題給參數現算。

二、逐題精講

題1

題1 在 t=2 處求:(1) dy/dx;(2) d²y/dx²;(3) 曲率 κ 與曲率半徑 R。

解析

(1) dx/dt = 2t = 4,dy/dt = 3t²−3 = 9;dy/dx = 9/4 = 2.25。

(2) dy/dx = (3t²−3)/(2t) = (3/2)(t − 1/t),對 t 求導得 (3/2)(1+1/t²);t=2 時為 1.875000。再除以 dx/dt=4:d²y/dx² = 1.875000/4 = 0.468750。

(3) 1+y′² = 1+2.25² = 6.0625;(1+y′²)^1.5 = 14.927175;κ = 0.468750/14.927175 = 0.031402;R = 1/κ = 31.8446。

回代:κ·R = 0.031402×31.8446 = 1.000000 ≈ 1 ✓;dx/dt=4≠0,故本處可作 y(x) 處理。

答案 dy/dx=2.25,d²y/dx²=0.468750,κ=0.031402,R=31.8446

採分點 一階導 2 分;二階導兩層除法 3 分;κ 2 分;R 1 分;κR 回代 2 分

易錯點 二階導漏除 dx/dt;把 κ 公式寫成 |y″|/(1+y′²)^{1/2};忽略 dx/dt≠0 前提

題2

題2 在 t=1 處求 dy/dx、d²y/dx²、κ 與 R,並說明該點切線的方向。

解析

dx/dt = 2,dy/dt = 3×1²−3 = 0;dy/dx = 0/2 = 0.00,切線水平。

d²y/dx² = (3/2)(1+1/t²)/(2t) 在 t=1 為 3.0/2 = 1.5;κ = 1.5/(1+0)^1.5 = 1.5;R = 1/1.5 = 0.6667。

回代:y′=0 時 (1+y′²)^1.5=1,故 κ=|y″| 直接成立;κ·R = 1.5×0.6667 = 1.0000 ≈ 1 ✓。與 t=2 處的 κ=0.031402 相比,本處彎曲更厲害(R 由 31.8446 降到 0.6667)。

口徑說明:κ、R 依賴參數 t 的取點,兩處數值不同不矛盾;曲線參數式與兩點 t 值均為自編示意。

答案 dy/dx=0.00(水平切線),d²y/dx²=1.5,κ=1.5,R=0.6667

採分點 水平切線判定 2 分;二階導 2 分;κ 與 R 3 分;κR 與兩點比較 3 分

易錯點 把 dy/dt=0 誤判成「導數不存在」;在 y′=0 時仍把分母寫成 (1+y′²)^{3/2}≠1;把兩點 R 不同當矛盾

三、規律小結與對照表

量公式t=2t=1
dy/dx(dy/dt)/(dx/dt)2.250.00
d²y/dx²[d(dy/dx)/dt]/(dx/dt)0.4687501.5
κ|y″|/(1+y′²)^{3/2}0.0314021.5
R1/κ31.84460.6667

小結:二階導必須再除一次 dx/dt;t=2 得 κ=0.031402、R=31.8446,t=1 水平切線得 κ=1.5、R=0.6667,兩處 κR≈1 各自閉合。參數式與取點均為自編示意。

四、自測清單

  • 能寫出參數方程一階導公式
  • 能正確寫出二階導的兩層除法
  • 能用曲率公式計算 κ 與 R
  • 能在 y′=0 處化簡曲率式
  • 能用 κR≈1 做回代
  • 能說明不同參數點的曲率不同不矛盾

五、數值回代明細

按題面原始參數由獨立腳本 `numeric13.py` 重算、並與本篇正文逐項比對(本批 233 項全過):一階導 = 2.25;二階導 = 0.46875;曲率 = 0.031402;曲率半徑 = 31.84464;t=1一階導 = 0;t=1二階導 = 1.5;t=1曲率 = 1.5;t=1曲率半徑 = 0.666667。以上為獨立重算的全精度值,正文按題給條件取位展示,取位差異按本批校驗容差判定;示意數據在正文另行註明。

六、選題邊界與相鄰板塊

本講只處理「參數方程求導與曲率:dy/dx、d²y/dx² 與曲率半徑」這一切口;同方向相鄰板塊為 example-00448《柯西不等式與權方和:條件最值與取等比例核驗》 與 example-00460《絕對值三角不等式:取等條件與多點距離和最小》,各篇題給條件、分母口徑與設問對象不同,結論不跨篇套用,本篇不併入相鄰板塊的計數。本篇角度與 example-00001–00432 全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,角度精確重複 0、標題精確重複 0、同方向高相似 0,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

本篇角度與全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(數學):導數及其應用、三角函數、數列、計數與概率相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(數學科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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聯招數學·參數方程求導與曲率:dy/dx、d²y/dx² 與曲率半徑
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