86 指考數學甲 第 12 題
📅 86 年 📝 指考數學甲 第 12 題 題型:非選 課綱:99課綱
設 $P$ 為拋物線 $\Gamma: y=x^2$ 上之一點,其橫坐標為 $a$,且 $a>0$。又設 $L$ 為過 $P$ 點之切線,求由 $\Gamma$、$L$ 及 $x$ 軸所圍成區域之面積。
拋物線與切線所圍面積示意圖
拋物線與切線所圍面積示意圖
unknown微積分微積分
答案

$\dfrac{1}{12}a^3$

詳解
設拋物線函數為 $f(x) = x^2$,其導函數為 $f'(x) = 2x$。 1. **求切線 $L$ 的方程式**: 已知 $P$ 點的橫坐標為 $a$,則其坐標為 $P(a, a^2)$。 切線 $L$ 在 $P$ 點的斜率為 $f'(a) = 2a$。 故切線 $L$ 的點斜式方程式為: $$y - a^2 = 2a(x - a) \implies y = 2ax - a^2.$$ 2. **求切線 $L$ 與 $x$ 軸的交點 $R$**: 令 $y = 0$,得 $2ax - a^2 = 0$,解得 $x = \dfrac{a}{2}$。故交點為 $R\left(\dfrac{a}{2}, 0\right)$。 3. **求圍成區域的面積**: 由圖形可知,所求區域由拋物線 $\Gamma$、切線 $L$ 及 $x$ 軸所包圍。 設 $P$ 點在 $x$ 軸上的投影點為 $Q(a, 0)$。 所求面積可表示為:拋物線下方(自 $0$ 至 $a$)的面積,減去直角三角形 $\triangle PQR$ 的面積: $$\text{面積} = \int_{0}^{a} x^2 \, dx - \text{Area}(\triangle PQR)$$ - 計算定積分(曲線下方總面積): $$\int_{0}^{a} x^2 \, dx = \left. \dfrac{x^3}{3} \right|_{0}^{a} = \dfrac{a^3}{3}$$ - 計算三角形 $\triangle PQR$ 的面積: 底為 $\overline{RQ} = a - \dfrac{a}{2} = \dfrac{a}{2}$,高為 $\overline{PQ} = a^2$。 $$\text{Area}(\triangle PQR) = \dfrac{1}{2} \times \overline{RQ} \times \overline{PQ} = \dfrac{1}{2} \times \dfrac{a}{2} \times a^2 = \dfrac{a^3}{4}$$ - 計算圍成之淨面積: $$\text{面積} = \dfrac{a^3}{3} - \dfrac{a^3}{4} = \dfrac{a^3}{12}$$ 答案為 $\dfrac{1}{12}a^3$。

題目來源:民國86年大學聯考數學科試題(自然組) 第12題(來源PDF第13頁)

資料版本:2026-07-04(commit 790505b5)

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