求垂直于直线2x-6y+1=0且与曲线y=x3+3x2-5相切的直线方程.
求垂直于直线2x-6y+1=0且与曲线y=x3+3x2-5相切的直线方程.
题目解答
答案
由于直线2x-6y+1=0的斜率k=[*],与其垂直的直线的斜率k1=[*]=-3. 对于y=x3+3x25,y’=3x2+6x. 由题意应有3x2+6x=-3,因此 x2+2x+1=0, x=-1,此时y=(-1)3+3(-1)2-5=-3.即切点为(-1,-3). 切线方程为y+3=-3(x+1),或写为3x+y+6=0.
解析
考查要点:本题主要考查直线垂直的斜率关系、导数的几何意义(切线斜率)以及切线方程的求解方法。
解题核心思路:
- 确定垂直直线的斜率:已知直线斜率为$k$,则与其垂直的直线斜率为$-1/k$。
- 求曲线的导数:导数在某点的值即为该点处切线的斜率。
- 联立方程求切点:令导数等于垂直直线的斜率,解方程得到切点横坐标,代入原曲线方程求纵坐标。
- 写切线方程:利用点斜式方程,代入切点坐标和斜率。
破题关键点:
- 正确计算垂直斜率:注意负倒数关系。
- 准确求导并解方程:确保导数计算无误,解二次方程时注意判别式。
- 代入求坐标时避免计算错误:代数运算需仔细。
步骤1:求已知直线的斜率
已知直线方程为$2x - 6y + 1 = 0$,变形为斜截式:
$y = \frac{1}{3}x + \frac{1}{6}$
因此,原直线的斜率为$k = \frac{1}{3}$。
步骤2:确定垂直直线的斜率
与原直线垂直的直线斜率为:
$k_1 = -\frac{1}{k} = -3$
步骤3:求曲线的导数
曲线方程为$y = x^3 + 3x^2 - 5$,求导得:
$y' = 3x^2 + 6x$
步骤4:联立方程求切点横坐标
令导数等于$k_1 = -3$:
$3x^2 + 6x = -3 \implies x^2 + 2x + 1 = 0 \implies (x + 1)^2 = 0 \implies x = -1$
步骤5:求切点纵坐标
将$x = -1$代入原曲线方程:
$y = (-1)^3 + 3(-1)^2 - 5 = -1 + 3 - 5 = -3$
因此,切点为$(-1, -3)$。
步骤6:写切线方程
用点斜式方程:
$y - (-3) = -3(x - (-1)) \implies y + 3 = -3(x + 1)$
整理为标准形式:
$3x + y + 6 = 0$