44
А. Виленкин
Производная и касательные
Хотя в школьном курсе математики касательной к графику функции посвящен только один пункт (см. «Алгебра и начала анализа», 9 класс, п. 52), в 1977 году на вступительных экзаменах вузы (по программе «А») предлагалось много задач, связанных с этой темой. Решение большиства из них основано на примом использования уравнения
касательной к графику функции в точке с абсциссой (рис. 1). Более интересные задачи основаны на том, что угловой коэффициент касательной равен, с одной стороны, тангенсу угла между касательной и осью абсцисс, а с другой — значению произвольной . Расмотрим некоторые типы таких задач *).
Находение уравнения касательной
Пример 1 (МЭИС, 1977). Национальные уравнения касательных к графику функции в точках пересечения этого точки, в которых , поэтому для нахождения надо решить уравнение . Затем для каждого значения можно стандартным образом написать уравнение касательной. Сделаем это, учитывая, что .
а) ; , , уравнение касательной ;
б) ; , , уравнение касательной .
Находение к и угловой
Пример 2 (МИСИ, 1977). Каждый образец с осью абсцисс касательная к параболе , проверенная в моче с абсциссой ?
Здесь под углом прямой с осью подразумевается величина наванного угла, отсутствиваемой от оси к данной прямой против часовой стрелки (см. «Алгебра 6», п. 52, «Геометрия 8», п. 98 и «Алгебра и начала анализа», 10 класс, материалов для повторения, п. 8). Поскольку нам заданы и , можно найти , а по нему и искомый угол , так как тангенс угала, образуемого прямой с осью , равен угловому коэффициенту этой прямой: , причем при и при (рис. 2).
В данном примере , , , .
Пример 3. Наимену уравнения касательными к графику функции , проверены в моче с абсциссами и .
Здесь решет не об угле прямой с осью , а об угле двумя двумя прямыми. Поэтому напомним, что уравнение двух пересекающих прямых называют величиной меншшего из углов, определяемых этим прямым (см. «Геометрия 9», § 24), то есть угол между двумя прямыми всегда лежит в пределах .
В данном примере и для первой касательной имеем , , , , , уравнение касательной , а для второй , , , , , уравнение касательной . Затем, сделав примерный рисунок (рис. 3), легко найти угол .
45
No, it’s not clear what you’re asking for. It looks like a list of equations or formulas.
Let’s re-read the first line: “Но является ли этот угол искомым, то есть верно ли, что , или надо быть угол ? Может по-казать, что угол — искомый (так как arctg и arctg ), но мы сейчас поступим иначе.”
The second line: “Выведем общую формулу для угла между прямыми и . Прежде всего заметим, что при параллельных переносах углы не меняются, поэтому искомый угол равен углу между прямыми и (они получаются из данных переносом ). Пусть углы между этими прямыми и осью равны и (рис. 4). Тогда легко найти величины одного из углов со стороны на данных прямы: (знаки модели пришлось поставить, так как мы не знаем, какой из углов , больше). Искомым является тот из углов , , который не превосходит .”
The third line: “Оказывается, удобно взять тангенсы этих углов, потому что по формулам приведения”
The fourth line: “tg () = -tg|| (если ) и если , то”
The fifth line: “tg tg () =”
The sixth line: “= -tg|| = |tg|| |=”
The seventh line: “= |tg()|”
The eighth line: “(так как tg — нечетная функция); если , то”
The ninth line: “tg tg||, что также равно |tg()|.”
The tenth line: “Таким образом, формула tg = |tg()| верна во всех случаях. Вспомним формулу тангенса разности двух углов, мы получаем:”
The eleventh line: “tg = ||.”
The twelfth line: “Заметим, что перепределularность двух прямы также легко обнаружить по их угловым коэффициентам: если , то или , и в обо-их случае tg tg ”
The thirteenth line: “(если эти выражения определены), то есть tg tg , а в угловых коэффициентах”
The fourteenth line: “.”
The fifteenth line: “Это согласуется с тем, что в формуле для”
The sixteenth line: “уравнения с тем, что в формуле для”
Picture 1:
Picture 2:
Picture 3:
Picture 4:
46
tg α права часть не определена, если .
Есть еще один случай, когда две прямые перpendикулярные — если уравнения этих прямых имеют вид , . В этом случае , а не существует, так как прямая параллельна оси ordinат.
В примере 3 мы получаем:
Сравните этот ответ с приведенным выше!
Определение точки графика по касательной
В некоторых задачах в той или иной форме даются какие-либо условия на касательную, и предлагается найти точки касания.
Пример 4. Наимен на графике функции мощу, касательная в котором образуется осью Ox уелл .
Чтобы угол касательной с осью Ox был равен , необходимо и достаточно, чтобы угловой коэффициент касательной был равен 1. Но , значит, нам надо решить уравнение , то есть . Из него по формуле корней квадратного уравнения или . В этих точках , . Значит, искомых точек две: и , что хорошего на графике данной функции (рис. 5).
Пример 5. В какой точке касательная к графику функции
a) параллельна прямой ;
b) перpendикулярна этой же прямой?
a) Как известно (см. «Алгебра 6», п. 52), две прямые параллельны, если угловые коэффициенты равны. Уравнение данной прямой можно записать в виде , откуда видно, что . Для касательной , поэтому нам надо решить уравнение , то есть , откуда . Значит, касательную надо проводить в точке (рис. 6). Проверка показывает, что уравнение этой касательной имеет вид .
- Воспользуемся тем, что прямые и перpendикулярны, если . В данном примере , поэтому , и из уравнения находится . Это соответствует точке , и уравнение касательной имеет вид . «Геометрия» этого примера хорошо видна на рисунке 6.
Пример 6 (МГУ, ф-т психологии, 1977). На графике функции найти все точки также, что касательные к графику в этих точках пересекают положимые полуоси, отсекая от них отрезки равной длины.
Пусть касательная проводится в точке . Тогда ее уравнение имеет вид
No прямая пересекает положительные полуоси, отсекая отрезки равной длины, лишь при и (б≠ 0, поскольку