题目
曲线 x=t, y=t^2, z=t^3 上, 使在该点处切线平行于平面 x+2y+z=4 的点的坐标为().A. (1,-1,1) 和 ((1)/(3), -(1)/(9), (1)/(27))B. (-1,1,-1) 和 (-(1)/(3), (1)/(9), -(1)/(27))C. (1,1,-1) 和 (-(1)/(6), (1)/(9), -(1)/(27))D. (-1,1,1) 和 (-(1)/(3), (1)/(9), -(1)/(9))
曲线 $x=t$, $y=t^2$, $z=t^3$ 上, 使在该点处切线平行于平面 $x+2y+z=4$ 的点的坐标为().
A. $(1,-1,1)$ 和 $\left(\frac{1}{3}, -\frac{1}{9}, \frac{1}{27}\right)$
B. $(-1,1,-1)$ 和 $\left(-\frac{1}{3}, \frac{1}{9}, -\frac{1}{27}\right)$
C. $(1,1,-1)$ 和 $\left(-\frac{1}{6}, \frac{1}{9}, -\frac{1}{27}\right)$
D. $(-1,1,1)$ 和 $\left(-\frac{1}{3}, \frac{1}{9}, -\frac{1}{9}\right)$
题目解答
答案
B. $(-1,1,-1)$ 和 $\left(-\frac{1}{3}, \frac{1}{9}, -\frac{1}{27}\right)$
解析
本题考查空间曲线的切线向量以及直线与平面平行的性质。解题的关键思路是先求出曲线的切线向量,再根据切线与平面平行的条件得到关于参数 $t$ 的方程,最后解出 $t$ 的值并代入曲线方程得到点的坐标。
- 求曲线的切线向量:
已知曲线的参数方程为 $x=t$,$y=t^2$,$z=t^3$。
根据参数方程求导法则,分别对 $x$,$y$,$z$ 关于参数 $t$ 求导:- 对 $x=t$ 求导,根据求导公式 $(x^n)^\prime=nx^{n - 1}$,可得 $x^\prime(t)=(t)^\prime = 1$。
- 对 $y=t^2$ 求导,可得 $y^\prime(t)=(t^2)^\prime = 2t$。
- 对 $z=t^3$ 求导,可得 $z^\prime(t)=(t^3)^\prime = 3t^2$。
所以曲线在任意点处的切线向量为 $\vec{s}=(x^\prime(t),y^\prime(t),z^\prime(t))=(1,2t,3t^2)$。
- 求平面的法向量:
对于平面方程 $Ax + By + Cz + D = 0$,其法向量为 $\vec{n}=(A,B,C)$。
已知平面方程为 $x + 2y + z = 4$,即 $x + 2y + z - 4 = 0$,所以该平面的法向量为 $\vec{n}=(1,2,1)$。 - 根据切线与平面平行的条件列方程:
若直线与平面平行,则直线的方向向量与平面的法向量垂直。
两个向量垂直的充要条件是它们的点积为 $0$,即 $\vec{s}\cdot\vec{n}=0$。
已知 $\vec{s}=(1,2t,3t^2)$,$\vec{n}=(1,2,1)$,则 $\vec{s}\cdot\vec{n}=1\times1 + 2t\times2 + 3t^2\times1 = 0$,整理可得 $3t^2 + 4t + 1 = 0$。 - 解方程求出 $t$ 的值:
对于一元二次方程 $ax^2 + bx + c = 0$($a\neq0$),其求根公式为 $x=\frac{-b\pm\sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}$。
在方程 $3t^2 + 4t + 1 = 0$ 中,$a = 3$,$b = 4$,$c = 1$,代入求根公式可得:
$\begin{align*} t&=\frac{-4\pm\sqrt{4^2 - 4\times3\times1}}{2\times3}\\ &=\frac{-4\pm\sqrt{16 - 12}}{6}\\ &=\frac{-4\pm\sqrt{4}}{6}\\ &=\frac{-4\pm2}{6} \end{align*}$
解得 $t_1=\frac{-4 + 2}{6}=-\frac{1}{3}$,$t_2=\frac{-4 - 2}{6}=-1$。 - 将 $t$ 的值代入曲线方程求出点的坐标:
- 当 $t = -1$ 时,$x = -1$,$y = (-1)^2 = 1$,$z = (-1)^3 = -1$,此时点的坐标为 $(-1,1,-1)$。
- 当 $t = -\frac{1}{3}$ 时,$x = -\frac{1}{3}$,$y = (-\frac{1}{3})^2 = \frac{1}{9}$,$z = (-\frac{1}{3})^3 = -\frac{1}{27}$,此时点的坐标为 $(-\frac{1}{3},\frac{1}{9},-\frac{1}{27})$。