87大學聯考數學(自然組)非選第13題詳解

📅 87 年 📝 大學聯考數學(自然組) 第 13 題 題型:非選 課綱:99課綱

答案與本題考點

答案:$\dfrac{4\sqrt{3}}{9}a^2$

本題考點:導數與切線、直線斜率、面積、拋物線

題目

設 $a > 0$,$O(0,0)$ 為原點。在拋物線 $ay = a^2 - x^2$ 上取一點 $P(s,t)$,$s > 0$,過 $P$ 點作拋物線之切線,交 $x$ 軸、$y$ 軸於 $Q$、$R$ 兩點。當 $P$ 點變動時,$\Delta OQR$ 面積的最小值為何?
導數與切線直線斜率面積拋物線微積分
解題手法設未知數〔AI 推測〕

答案

答案

$\dfrac{4\sqrt{3}}{9}a^2$

非選擇題,有附圖

詳解

詳解
1. 拋物線方程式為 $$ \begin{aligned} ay&=a^2-x^2\implies y=a-\dfrac{x^2}{a},\\ y'&=-\dfrac{2x}{a}. \end{aligned} $$ 已知 $P(s,t)$ 在拋物線上且 $s>0$,故 $$ P\left(s,a-\dfrac{s^2}{a}\right). $$ 過 $P$ 的切線方程式為 $$ y-\left(a-\dfrac{s^2}{a}\right) =-\dfrac{2s}{a}(x-s). $$ 2. 令切線分別交 $x$ 軸、$y$ 軸於 $Q$、$R$。令 $x=0$,得 $$ \begin{aligned} OR&=a+\dfrac{s^2}{a},\\[4pt] R&=\left(0,a+\dfrac{s^2}{a}\right). \end{aligned} $$ 令 $y=0$,得 $$ \begin{aligned} 2sx&=a^2+s^2,\\[4pt] OQ&=\dfrac{a^2+s^2}{2s},\\[4pt] Q&=\left(\dfrac{a^2+s^2}{2s},0\right). \end{aligned} $$ 因此三角形 $OQR$ 的面積為 $$ F(s)=\dfrac12\overline{OQ}\,\overline{OR} =\dfrac{(a^2+s^2)^2}{4as}. $$ 3. 微分得 $$ F'(s)=\dfrac{(a^2+s^2)(3s^2-a^2)}{4as^2}. $$ 因為 $a>0$ 且 $s>0$,唯一極小點滿足 $$ 3s^2-a^2=0\implies s=\dfrac{a}{\sqrt3}. $$ 代入得最小面積 $$ F\left(\dfrac{a}{\sqrt3}\right) =\dfrac{4\sqrt3}{9}a^2. $$
解析圖:拋物線切線圍成三角形示意圖
解析圖:拋物線切線圍成三角形示意圖

題目來源:民國87年大學聯考數學科試題(自然組) 第13題(來源PDF第15頁)

資料版本:2026-07-21(commit bde62541)

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引用本站:大考雷達站,〈87大學聯考數學(自然組)非選第13題詳解〉,資料版本 2026-07-21,https://twmath.com/questions/087_07A_q13

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