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数学
题目

已知抛物线 =p(x)^2+qx (其中 lt 0,qgt 0) 在第一象限内与直线 x+y=5 相切,-|||-且此抛物线与x轴所围成的图形的面积为A.问p和q为何值时,A达到最大值,并求-|||-出此最大值.

题目解答

答案

解析

考查要点:本题综合考查抛物线与直线相切的条件、定积分求面积、以及利用导数求函数最大值的方法。

解题核心思路:

  1. 相切条件:联立抛物线与直线方程,利用判别式为零得到参数关系式。
  2. 面积计算:确定抛物线与x轴的交点,计算积分表达式。
  3. 最值问题:将面积表示为单一变量函数,通过求导找到极值点,验证最大值。

破题关键点:

  • 联立方程求判别式:通过相切条件得到$p$与$q$的关系式。
  • 积分区间确定:抛物线与x轴的交点为$x=0$和$x=-\dfrac{q}{p}$,积分区间为$[0, -\dfrac{q}{p}]$。
  • 函数最值分析:将面积表达式转化为关于$q$的函数,通过导数判断极值点。

联立方程求相切条件

联立抛物线$y = p x^2 + q x$与直线$x + y = 5$,消去$y$得:
$p x^2 + (q + 1)x - 5 = 0$
因相切,判别式$\Delta = 0$:
$(q + 1)^2 + 20p = 0 \quad \Rightarrow \quad p = -\dfrac{(q + 1)^2}{20}$

计算面积表达式

抛物线与x轴的交点为$x = 0$和$x = -\dfrac{q}{p}$,积分区间为$[0, -\dfrac{q}{p}]$:
$A = \int_{0}^{-\dfrac{q}{p}} (p x^2 + q x) \, dx = \left[ \dfrac{p}{3}x^3 + \dfrac{q}{2}x^2 \right]_{0}^{-\dfrac{q}{p}} = \dfrac{q^3}{6p^2}$

代入参数关系式

将$p = -\dfrac{(q + 1)^2}{20}$代入面积公式:
$A(q) = \dfrac{200 q^3}{3 (q + 1)^4}$

求导找极值点

对$A(q)$求导并令导数为零:
$A'(q) = \dfrac{200 q^2 (3 - q)}{3 (q + 1)^5} = 0 \quad \Rightarrow \quad q = 3$
通过单调性分析可知,当$q = 3$时,$A(q)$取得最大值。

求$p$和最大面积

代入$q = 3$得:
$p = -\dfrac{(3 + 1)^2}{20} = -\dfrac{4}{5}, \quad A = \dfrac{200 \cdot 3^3}{3 \cdot 4^4} = \dfrac{225}{32}$

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