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參數式切線

大一 · 微積分

觀念

參數曲線 (parametric curve) 用第三個變數描述位置:x=x(t)x = x(t)、y=y(t)y = y(t),想像 tt 是時間、曲線是運動軌跡。切線斜率由鏈鎖法則得來:dydx=dy/dtdx/dt\frac{dy}{dx} = \frac{dy/dt}{dx/dt}

水平切線:dydt=0\frac{dy}{dt} = 0 且 dxdt≠0\frac{dx}{dt}\ne0;垂直切線:dxdt=0\frac{dx}{dt} = 0 且 dydt≠0\frac{dy}{dt}\ne0。兩者同時為 0 是奇異點,要另外分析。

算例:x=t2x = t^2、y=t3−3ty = t^3 - 3t。dydx=3t2−32t\frac{dy}{dx} = \frac{3t^2-3}{2t};t=±1t=\pm1 時水平切線,t=0t = 0 時垂直切線。橢圓 x=acos⁡tx = a\cos t、y=bsin⁡ty = b\sin t 的斜率是 −bacot⁡t-\frac{b}{a}\cot t。

參數式讓我們描述「不是函數」的曲線(圓、擺線、Bézier 曲線),速度向量 (x′,y′)(x', y') 就是切向量,弧長 ∫x′2+y′2dt\int\sqrt{x'^2+y'^2}dt;向量值函數、線積分、物理的運動學都從這裡出發。

例題

xy-101234-4-2024t = 0x = t²+t,y = t³−4t

參數曲線 x=t2+tx = t^{2}+t、y=t3−4ty = t^{3}-4t,求 t=0t = 0 處切線斜率 dydx\dfrac{dy}{dx}(填最簡分數)。

看解法與答案

dydx=dy/dtdx/dt=3t2−42t+1\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt} = \dfrac{3t^2 -4}{2t +1}。

代 t=0t = 0:−41=−4\dfrac{-4}{1} = -4。

答案: −4-4

用在哪裡

插畫

參數式切線:情境插畫參數式切線:例題插畫

學習路徑

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