如图所示,曲线 y=16(x+1)2−1y = \frac{16}{(x+1)^2} - 1 的一部分与 xx 轴相交于点 MM。 该曲线在点 LL 处的切线与 xx 轴相交于点 NN。
该切线的斜率为 −4-4。
计算阴影区域 LMNLMN 的面积。
第 15 题的续答题空间。

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完整解法

15

1. Find the coordinates of $M$, where the curve cuts the $x$-axis.

At MM, y=0y = 0:
16(x+1)2−1=0\frac{16}{(x+1)^2} - 1 = 0
(x+1)2=16(x+1)^2 = 16
Since x>0x > 0 from the diagram,
x+1=4  ⟹  x=3x + 1 = 4 \implies x = 3
So, MM is (3,0)(3, 0).

2. Find the $x$-coordinate of $L$ using the given gradient of the tangent.

y=16(x+1)−2−1y = 16(x+1)^{-2} - 1
dydx=−32(x+1)−3\frac{dy}{dx} = -32(x+1)^{-3}
Given the gradient is −4-4:
−32(x+1)−3=−4-32(x+1)^{-3} = -4
(x+1)3=8(x+1)^3 = 8
x+1=2  ⟹  x=1x + 1 = 2 \implies x = 1

3. Find the $y$-coordinate of $L$ and the equation of the tangent to find $N$.

When x=1x = 1, y=16(1+1)2−1=4−1=3y = \frac{16}{(1+1)^2} - 1 = 4 - 1 = 3.
So, LL is (1,3)(1, 3).

Equation of the tangent at LL:
y−3=−4(x−1)y - 3 = -4(x - 1)
y=−4x+7y = -4x + 7
At NN, the tangent cuts the xx-axis (y=0y = 0):
−4x+7=0  ⟹  x=1.75-4x + 7 = 0 \implies x = 1.75
So, NN is (1.75,0)(1.75, 0).

4. Calculate the area under the curve from $x = 1$ to $x = 3$.

Area under curve=∫13(16(x+1)2−1)dx\text{Area under curve} = \int_{1}^{3} \left( \frac{16}{(x+1)^2} - 1 \right) dx
=[−16x+1−x]13= \left[ -\frac{16}{x+1} - x \right]_{1}^{3}
=(−164−3)−(−162−1)= \left( -\frac{16}{4} - 3 \right) - \left( -\frac{16}{2} - 1 \right)
=(−4−3)−(−8−1)= (-4 - 3) - (-8 - 1)
=−7−(−9)=2= -7 - (-9) = 2

5. Calculate the area of the shaded region $LMN$.

The shaded area is the area under the curve minus the area of the triangle formed by the tangent, the xx-axis, and the vertical line x=1x = 1.
Area of triangle=12×base×height\text{Area of triangle} = \frac{1}{2} \times \text{base} \times \text{height}
=12×(1.75−1)×3= \frac{1}{2} \times (1.75 - 1) \times 3
=12×0.75×3=1.125= \frac{1}{2} \times 0.75 \times 3 = 1.125

Shaded Area=2−1.125=0.875\text{Shaded Area} = 2 - 1.125 = 0.875

答案

0.8750.875

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