题目
Problem
The parabola C has equation y2=34x
The point P(31t2,32t), where t=0, lies on C.
(a) Use calculus to show that the normal to C at P has equation
3tx+3y=t3+2t
(3)
The normal to C at the point where t=9 meets C again at the point Q.
(b) Determine the exact coordinates of Q.
(4)
题目中文翻译
抛物线 C 的方程为 y2=34x。
点 P(31t2,32t)(其中 t=0)在 C 上。
(a) 使用微积分证明:C 在点 P 处的法线方程为
3tx+3y=t3+2t
C 在 t=9 处的法线再次与 C 相交于点 Q。
(b) 确定 Q 的精确坐标。
解答
(a)
解法一
思路
展开
把 x、y 都视为参数 t 的函数,用参数方程求导得到切线斜率;法线斜率是其负倒数。再将点 P 代入点斜式并整理。
答题过程
展开
Since
x=31t2andy=32t,
dtdx=32tanddtdy=32.
Therefore,
dxdy=dx/dtdy/dt=t1.
As t=0, the gradient of the normal is −t. Hence its equation at P is
y−32t=−t(x−31t2).
Multiplying by 3 and rearranging gives
3tx+3y=t3+2t.
(b)
解法一
思路
展开
令 t=9 得到法线方程,再用抛物线方程将 x 写成 y 的二次式。所得二次方程的一个根对应已知交点,另一个根便对应 Q。
答题过程
展开
When t=9, the equation of the normal is
27x+3y=747,
so
9x+y=249.
Since Q also lies on C,
x=43y2.
Substituting into the normal gives
9(43y2)+y=27y2+4y−996=(y−6)(27y+166)=249,0,0.
The root y=6 corresponds to the original point where t=9. Therefore, at Q,
y=−27166.
Thus
x=43(−27166)2=2436889.
Hence
Q(2436889,−27166).
解法二
思路
展开
直接以另一个参数表示法线与抛物线的交点。将抛物线参数式代入 t=9 时的法线,二次方程的两个参数根分别对应原点 P 与第二交点 Q。
答题过程
展开
Let the parameter of a point where the normal meets C be u. Then
x=31u2,y=32u.
Substituting these into 9x+y=249 gives
3u2+32u=9u2+2u−747=(u−9)(9u+83)=249,0,0.
The root u=9 corresponds to the original point. Hence the parameter of Q is
u=−983.
Therefore,
xQ=yQ=31(−983)2=2436889,32(−983)=−27166.
Thus
Q(2436889,−27166).