题目
(20)(本题满分11分)-|||-已知曲线 :y=dfrac (4)(9)(x)^2(xgeqslant 0), 点O(0,0),点A(0,1).设P是L上的动点,S是直线OA与直-|||-线AP及曲线L所围图形的面积,若P运动到点(3,4)时沿x轴正向的速度是4,求此时S关-|||-于时间t的变化率.

题目解答
答案
解:

解析
考查要点:本题主要考查变限积分求导、面积计算以及相关变化率的应用。
解题思路:
- 确定面积表达式:通过几何图形分析,将所求面积分解为梯形面积与曲线下的积分之差。
- 求导处理:对面积表达式关于$x$求导,结合链式法则,将$dS/dt$转化为$dS/dx \cdot dx/dt$。
- 代入计算:在特定点$x=3$处代入已知条件,计算最终结果。
关键点:正确建立面积表达式是解题的核心,需注意几何图形的构成关系。
1. 建立面积表达式
设动点$P$的坐标为$(x, \frac{4}{9}x^2)$,则:
- 梯形面积:由直线$OA$($y$轴)、直线$AP$与$x$轴围成的梯形面积为
$S_{\text{梯形}} = \frac{1}{2} \times (1 + \frac{4}{9}x^2) \times x.$ - 曲线下的面积:曲线$L$从$0$到$x$的积分面积为
$S_{\text{曲线}} = \int_0^x \frac{4}{9}t^2 \, dt = \frac{4}{27}x^3.$ - 所求面积:两者之差为
$S = S_{\text{梯形}} - S_{\text{曲线}} = \frac{2}{27}x^3 + \frac{1}{2}x.$
2. 求导与相关变化率
对$S$关于$x$求导:
$\frac{dS}{dx} = \frac{2}{9}x^2 + \frac{1}{2}.$
根据链式法则,$S$关于时间$t$的变化率为:
$\frac{dS}{dt} = \frac{dS}{dx} \cdot \frac{dx}{dt}.$
当$P$在$(3,4)$处时,$\frac{dx}{dt} = 4$,代入$x=3$得:
$\frac{dS}{dt} = \left( \frac{2}{9} \cdot 3^2 + \frac{1}{2} \right) \cdot 4 = 10.$