切线与法线方程
Edexcel 国际GCSE 进阶纯数学· 9F· 15 分钟阅读
1. 曲线的切线斜率★★☆☆☆⏱ 3 min
切线斜率
曲线 在点 处的切线斜率等于 的导数在 处的取值。
要计算切线斜率,首先使用合适的求导法则对 求导,再将给定点的x坐标代入导函数。如果题目仅给出x坐标,将其代入原函数 计算对应的y坐标。
求曲线 在 处的切线斜率。
- 1
步骤1:使用幂法则对函数求导:
- 2
步骤2:将 代入导函数:
- 3
步骤3: 处的切线斜率为8。
Exam tip:
计算切点的y坐标时,务必使用原函数,不要使用导函数。
2. 切线方程★★★☆☆⏱ 4 min
得到切线斜率 和切点坐标 后,使用直线方程 即可求出切线方程。如果题目指定了格式,请将方程整理为要求的形式。
求曲线 在点 处的切线方程,结果以 的形式给出。
- 1
步骤1:使用链式法则求导:
- 2
步骤2:计算 处的导数值:
- 3
步骤3:代入直线方程:
- 4
步骤4:整理为 形式:
Exam tip:
请反复验证切点同时在原曲线和你最终得到的切线方程上,避免整理过程中出现符号错误。
3. 法线斜率★★★☆☆⏱ 3 min
法线斜率
(for )
法线在切点处与切线垂直,因此其斜率是切线斜率的负倒数。
如果切线斜率为0(水平切线),则法线为竖直线,斜率不存在,方程形式为 。如果切线斜率不存在(竖直切线),则法线为水平线,方程形式为 。
求曲线 在 处的法线斜率。
- 1
步骤1:化简函数并求导:
- 2
步骤2:计算 处的导数值:
- 3
步骤3:切线斜率为0,因此法线为竖直线(斜率不存在),方程为 。
Exam tip:
当 时绝对不要尝试计算 ,否则会出现除零错误,直接识别为水平线/竖直线的特殊情况即可。
4. 法线方程★★★★☆⏱ 4 min
✓ 计算器
得到法线斜率 和切点坐标 后,代入和切线相同的直线公式 ,再整理为题目要求的形式即可。
求曲线 在 处的法线方程,结果以 的形式给出。
- 1
步骤1:计算该点的y坐标:
- 2
步骤2:使用乘积法则求导:
- 3
步骤3:计算 处的导数值:
- 4
步骤4:计算法线斜率:
- 5
步骤5:代入直线方程:
- 6
步骤6:整理为 形式:
5. 常见陷阱
错误做法:
使用导函数计算切点的y坐标
原因:
导函数返回的是斜率值,不是原曲线在指定x处的y值
正确做法:
始终将x坐标代入原函数 以得到正确的 值
错误做法:
将切线斜率的正倒数作为法线斜率
原因:
互相垂直的直线斜率乘积为-1,因此需要取负倒数
正确做法:
当 不为零时,法线斜率按 计算
错误做法:
当切线斜率为0时尝试计算
原因:
除零是未定义操作,会得到无效结果
正确做法:
如果 ,切线为水平线(),法线为竖直线()
错误做法:
整理直线方程时出错,出现符号错误
原因:
简单的计算错误会让你在结构化考题中丢失容易拿到的分数
正确做法:
整理完成后,将点 代回最终方程验证正确性
错误做法:
使用错误的法则对函数求导,得到错误的导函数
原因:
切线/法线类题目完全依赖准确的求导结果才能得到正确的斜率
正确做法:
代入数值前,对照正确的求导法则(幂/乘积/商/链式法则)反复检查你的导函数
6. 速查表
物理量 | 公式 | 关键说明 |
|---|---|---|
点 处的切线斜率 | 在 处计算导数值 | |
切线方程 | 整理为题目要求的形式 | |
法线斜率(非零 ) | 切线斜率的负倒数 | |
法线方程(非零 ) | 使用和切线相同的直线公式 | |
水平切线() | 切线:,法线: | 无需进行除零运算 |
竖直切线( 不存在) | 切线:,法线: | 适用于 不存在的点 |
7. 常见问题
我应该将切线/法线方程写成什么形式?
Edexcel考试接受任意正确的等价形式,除非题目明确指定格式,否则优先使用 或 形式。
如果切线斜率为零我该怎么处理?
如果 ,切线为水平线(形式 ),法线为竖直线(形式 )。不要尝试计算 ,否则会出现除零错误。
深入阅读
下一步
掌握切线与法线方程的计算方法后,你就可以将微积分技能应用到Edexcel IGCSE进阶纯数学考纲中更进阶的主题了。切线和法线方程经常和驻点问题结合,你将学习识别曲线上的极大值点、极小值点和拐点,并计算这些关键位置处的切线。你还会在解析几何题目中用到这些技能,这类题目要求你计算由切线、法线和坐标轴围成的图形面积,或者同一条曲线的多条切线的交点。练习融合了求导、解析几何和代数的综合题,将帮助你在这个高频考点上拿到满分。
