求圆 x^2+y^2=1的一条切线,使此切线与抛物线y=x^2-2所围面积取最小值,并求此最小值.
来源:学生作业帮 编辑:搜搜做题作业网作业帮 分类:数学作业 时间:2024/07/13 13:32:05
求圆 x^2+y^2=1的一条切线,使此切线与抛物线y=x^2-2所围面积取最小值,并求此最小值.
![求圆 x^2+y^2=1的一条切线,使此切线与抛物线y=x^2-2所围面积取最小值,并求此最小值.](/uploads/image/z/18970892-44-2.jpg?t=%E6%B1%82%E5%9C%86+x%5E2%2By%5E2%3D1%E7%9A%84%E4%B8%80%E6%9D%A1%E5%88%87%E7%BA%BF%2C%E4%BD%BF%E6%AD%A4%E5%88%87%E7%BA%BF%E4%B8%8E%E6%8A%9B%E7%89%A9%E7%BA%BFy%3Dx%5E2-2%E6%89%80%E5%9B%B4%E9%9D%A2%E7%A7%AF%E5%8F%96%E6%9C%80%E5%B0%8F%E5%80%BC%2C%E5%B9%B6%E6%B1%82%E6%AD%A4%E6%9C%80%E5%B0%8F%E5%80%BC.)
设切线方程为 y=kx+b,其中 |b|/√(k²+1)=1,即切线与圆点的距离等于 1(圆半径);
圆包含在抛物线内部,两者都关于 y 轴对称,所以当切线与抛物线所围区间面积最小时,b0 计算,b²=k²+1;
将直线方程代入抛物线方程:kx+b=x²-2,
方程两根 x1+x2=k,x1*x2=-b-2,x2-x1=√[k²+4(b+2)];
则切线与抛物线所围区间的面积 S=∫{x=x1→x2}[(kx+b)-(x²-2)]dx=(kx²/2)-x³/3+(b+2)x|{x1,x2}
=k(x2²-x1²)/2-(x2³-x1³)/3+(b+2)(x2-x1)
=k(x2-x1)(x2+x1)/2-(x2-x1)[(x1+x2)²-x1*x2]/3+(b+2)(x2-x1)
=k*√[k²+4(b+2)]*k/2-√[k²+4(b+2)]*[k²+(b+2)]/3+(b+2)*√[k²+4(b+2)];
=√[k²+4(b+2)]*[(k²/2)-(k²+b+2)/3+(b+2)]
=√(b²+4b+7)(b²+4b+7)/6
=[(b²+4b+7)^1.5]/6……u=√(b²+4b+7)≥√3;
当 u=√3 时,S=√3/2 最小,对应 b=-2,k=±√3;
再问: |b|/√(k^2+1)=1是怎么得到的,我知道切线与圆点的距离等于1,但上面的表达式不明白
再答: 有公式:原点(0,0)到直线 y-kx-b=0 的距离是 |0-k*0-b|/√(1²+k²)=|b|/√(k²+1);
圆包含在抛物线内部,两者都关于 y 轴对称,所以当切线与抛物线所围区间面积最小时,b0 计算,b²=k²+1;
将直线方程代入抛物线方程:kx+b=x²-2,
方程两根 x1+x2=k,x1*x2=-b-2,x2-x1=√[k²+4(b+2)];
则切线与抛物线所围区间的面积 S=∫{x=x1→x2}[(kx+b)-(x²-2)]dx=(kx²/2)-x³/3+(b+2)x|{x1,x2}
=k(x2²-x1²)/2-(x2³-x1³)/3+(b+2)(x2-x1)
=k(x2-x1)(x2+x1)/2-(x2-x1)[(x1+x2)²-x1*x2]/3+(b+2)(x2-x1)
=k*√[k²+4(b+2)]*k/2-√[k²+4(b+2)]*[k²+(b+2)]/3+(b+2)*√[k²+4(b+2)];
=√[k²+4(b+2)]*[(k²/2)-(k²+b+2)/3+(b+2)]
=√(b²+4b+7)(b²+4b+7)/6
=[(b²+4b+7)^1.5]/6……u=√(b²+4b+7)≥√3;
当 u=√3 时,S=√3/2 最小,对应 b=-2,k=±√3;
再问: |b|/√(k^2+1)=1是怎么得到的,我知道切线与圆点的距离等于1,但上面的表达式不明白
再答: 有公式:原点(0,0)到直线 y-kx-b=0 的距离是 |0-k*0-b|/√(1²+k²)=|b|/√(k²+1);
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