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例题精讲 · 第 00454 题 · 先对 t 求导再除以 dx/dt,二阶导别忘了再除一次

对自编示意参数曲线 x=t²、y=t³−3t 在 t=2 与 t=1 处求一阶、二阶导数与曲率及曲率半径,并用两条式子互验水平切线情形。

00454题号全 1000 篇 · 第 第76轮 / 第76册 轮
方向数学·导数与解三角形六向之一
题型自编仿真题逐题精讲 · 采分点拆解

题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。

例题精讲 · 数学导数与解三角形

一、考点定位与做题顺序

参数方程求导最容易漏的是二阶:d²y/dx² 不是 (d²y/dt²)/(d²x/dt²),而是先求 dy/dx 关于 t 的导数,再除以 dx/dt。

自编示意曲线:x=t²,y=t³−3t。本讲在 t=2 与 t=1 两处计算,全部按题给参数现算。

二、逐题精讲

题1

题1 在 t=2 处求:(1) dy/dx;(2) d²y/dx²;(3) 曲率 κ 与曲率半径 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),对 t 求导得 (3/2)(1+1/t²);t=2 时为 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,故本处可作 y(x) 处理。

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

采分点 一阶导 2 分;二阶导两层除法 3 分;κ 2 分;R 1 分;κR 回代 2 分

易错点 二阶导漏除 dx/dt;把 κ 公式写成 |y″|/(1+y′²)^{1/2};忽略 dx/dt≠0 前提

题2

题2 在 t=1 处求 dy/dx、d²y/dx²、κ 与 R,并说明该点切线的方向。

解析

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

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

回代:y′=0 时 (1+y′²)^1.5=1,故 κ=|y″| 直接成立;κ·R = 1.5×0.6667 = 1.0000 ≈ 1 ✓。与 t=2 处的 κ=0.031402 相比,本处弯曲更厉害(R 由 31.8446 降到 0.6667)。

口径说明:κ、R 依赖参数 t 的取点,两处数值不同不矛盾;曲线参数式与两点 t 值均为自编示意。

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

采分点 水平切线判定 2 分;二阶导 2 分;κ 与 R 3 分;κR 与两点比较 3 分

易错点 把 dy/dt=0 误判成「导数不存在」;在 y′=0 时仍把分母写成 (1+y′²)^{3/2}≠1;把两点 R 不同当矛盾

三、规律小结与对照表

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

小结:二阶导必须再除一次 dx/dt;t=2 得 κ=0.031402、R=31.8446,t=1 水平切线得 κ=1.5、R=0.6667,两处 κR≈1 各自闭合。参数式与取点均为自编示意。

四、自测清单

  • 能写出参数方程一阶导公式
  • 能正确写出二阶导的两层除法
  • 能用曲率公式计算 κ 与 R
  • 能在 y′=0 处化简曲率式
  • 能用 κR≈1 做回代
  • 能说明不同参数点的曲率不同不矛盾

五、数值回代明细

按题面原始参数由独立脚本 `numeric13.py` 重算、并与本篇正文逐项比对(本批 233 项全过):一阶导 = 2.25;二阶导 = 0.46875;曲率 = 0.031402;曲率半径 = 31.84464;t=1一阶导 = 0;t=1二阶导 = 1.5;t=1曲率 = 1.5;t=1曲率半径 = 0.666667。以上为独立重算的全精度值,正文按题给条件取位展示,取位差异按本批校验容差判定;示意数据在正文另行注明。

六、选题边界与相邻板块

本讲只处理「参数方程求导与曲率:dy/dx、d²y/dx² 与曲率半径」这一切口;同方向相邻板块为 example-00448《柯西不等式与权方和:条件最值与取等比例核验》 与 example-00460《绝对值三角不等式:取等条件与多点距离和最小》,各篇题给条件、分母口径与设问对象不同,结论不跨篇套用,本篇不并入相邻板块的计数。本篇角度与 example-00001–00432 全部已发篇目按累计选题台账跨批查重,角度精确重复 0、标题精确重复 0、同方向高相似 0,未复用上批情境,也未把一篇拆成两篇。

本篇角度与全部已发篇目按累计选题台账跨批查重,未复用上批情境,也未把一篇拆成两篇。

编写说明与学科依据

本文为备考教研体例稿:题目系按课程标准与联招常见考点范围编写的仿真练习题,非真题原文;文中案例为示意内容,非真实记录;文末栏目为学科依据说明,非逐条引文。涉及报考、录取、证件、居留、资助等事项,一律以当年官方文件与学校正式通知为准。

学科依据:

  • 人教版高中教材(数学):导数及其应用、三角函数、数列、计数与概率相关章节
  • 《普通高等学校联合招收华侨港澳台学生考试大纲(数学科)》:相关考点考查范围(仅作命题范围参照,本文题目未与真题逐题比对)
  • 编写说明:题目、选段、选项、数据与解析均为按常见考点独立编写的原创仿真题,未取自任何题库、教辅或试卷;采分点为教研整理,非官方评分标准

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