【题目】在曲线=t, y=t^2 , z=t^3 上求出一点,使曲线在此点的切线平行于平面x+2y+z=4.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查曲线切线方向与平面法向量的关系,以及如何利用点积为零的条件求解参数。
解题核心思路:
- 确定曲线切线方向向量:对参数方程求导得到切线方向向量。
- 平面法向量:由平面方程系数直接得出。
- 垂直条件:切线方向向量与平面法向量点积为零,建立方程求解参数$t_0$。
- 代入求点:将求得的$t_0$代入曲线方程,得到所求点坐标。
破题关键:
- 切线方向向量与法向量垂直是核心条件,需正确计算点积并解方程。
步骤1:求曲线切线方向向量
曲线参数方程为:
$x = t, \quad y = t^2, \quad z = t^3$
对$t$求导得切线方向向量:
$\left( \frac{dx}{dt}, \frac{dy}{dt}, \frac{dz}{dt} \right) = (1, 2t, 3t^2)$
步骤2:确定平面法向量
平面方程为$x + 2y + z = 4$,其法向量为:
$\mathbf{n} = (1, 2, 1)$
步骤3:建立垂直条件方程
切线方向向量与法向量垂直,即点积为零:
$(1, 2t, 3t^2) \cdot (1, 2, 1) = 0$
展开计算:
$1 \cdot 1 + 2t \cdot 2 + 3t^2 \cdot 1 = 0 \quad \Rightarrow \quad 1 + 4t + 3t^2 = 0$
步骤4:解二次方程
方程$3t^2 + 4t + 1 = 0$的解为:
$t = \frac{-4 \pm \sqrt{16 - 12}}{6} = \frac{-4 \pm 2}{6}$
得$t_0 = -1$或$t_0 = -\frac{1}{3}$。
步骤5:代入求点坐标
-
当$t_0 = -1$时:
$x = -1, \quad y = (-1)^2 = 1, \quad z = (-1)^3 = -1$
对应点为$(-1, 1, -1)$。 -
当$t_0 = -\frac{1}{3}$时:
$x = -\frac{1}{3}, \quad y = \left(-\frac{1}{3}\right)^2 = \frac{1}{9}, \quad z = \left(-\frac{1}{3}\right)^3 = -\frac{1}{27}$
对应点为$\left(-\frac{1}{3}, \frac{1}{9}, -\frac{1}{27}\right)$。