抛物线y=x²上△PQR面积最大化的点R定位及求解方法咨询
嘿,这个问题其实可以用两种清晰的思路来解决——几何直观法或者微积分极值法,咱一步步来捋:
方法一:几何直观法(不用微积分)
首先,△PQR的面积公式是 S = 1/2 × 底 × 高,这里PQ的长度是固定的,所以要让面积最大,只需要找到抛物线上到直线PQ距离最远的点R就行。
步骤如下:
- 先算直线PQ的斜率:
k = (4 - 1)/(2 - (-1)) = 1 - 写出直线PQ的方程:用点P(-1,1)代入点斜式,得到
y = x + 2 - 抛物线
y = x²上和PQ平行的切线,切点就是距离PQ最远的点(因为抛物线开口向上,只有一条这样的切线在PQ下方)。抛物线的导数是y’ = 2x,令导数等于PQ的斜率1,得2x = 1 → x = 1/2 - 代入抛物线方程,得到y坐标:
y = (1/2)² = 1/4
所以R点坐标就是 (1/2, 1/4),这个点刚好在P、Q之间(x∈(-1,2)),完美符合要求。
方法二:微积分极值法(用面积公式求最值)
如果习惯用代数和微积分来解,也可以这么做:
- 设抛物线上的点R坐标为
(t, t²),其中t ∈ (-1, 2)(保证在P、Q之间) - 用三角形面积的行列式公式计算面积:
代入P(-1,1)、Q(2,4)、R(t,t²)的坐标,展开计算:S = 1/2 |x_P(y_Q - y_R) + x_Q(y_R - y_P) + x_R(y_P - y_Q)|S = 1/2 | -1×(4 - t²) + 2×(t² - 1) + t×(1 - 4) | = 1/2 | -4 + t² + 2t² - 2 - 3t | = 1/2 |3t² - 3t - 6| - 因为t∈(-1,2)时,
3t² - 3t - 6 = 3(t-2)(t+1)是负数,所以绝对值可以去掉并变号:S = 1/2 × (-3t² + 3t + 6) = -3/2 t² + 3/2 t + 3 - 这是一个开口向下的二次函数,求最大值的话,对S关于t求导:
S’ = -3t + 3/2,令导数为0,得-3t + 3/2 = 0 → t = 1/2 - 代入t=1/2,得到y坐标为
(1/2)² = 1/4,和几何法结果一致。
两种方法得到的R点完全相同,这个点就是能让△PQR面积最大的点啦。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Emad kareem




