| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
CHA-3 | CHA-3.G |
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参数方程、极坐标与向量值函数
AP 微积分 BC · 第 9 主题
9.1
定义参数方程与其求导
大纲
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
参数方程(parametric equations)把 $x$ 和 $y$ 各作为一个参数(parameter)$t$(常常是时间)的函数给出:$x=x(t)$、$y=y(t)$。它们描出一条不必是 $x$ 的一个函数的曲线。曲线的斜率用链式法则求出:
Worked example. 对于 $x=t^2$、$y=t^3-t$,求 $t=2$ 处的斜率。这里 $\dfrac{dx}{dt}=2t$ 而 $\dfrac{dy}{dt}=3t^2-1$,所以 $\dfrac{dy}{dx}=\dfrac{3t^2-1}{2t}$;在 $t=2$ 这是 $\dfrac{11}{4}$。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Parametric equations | 参数方程 | cān shù fāng chéng |
9.2
参数方程的二阶导数
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
CHA-3 | CHA-3.G |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
二阶导数不是 $\dfrac{d^2y/dt^2}{d^2x/dt^2}$。相反,对 $t$ 求导一阶导数,然后再次除以 $dx/dt$:
9.3
求参数方程给定曲线的弧长
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
CHA-6 | CHA-6.B |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一条参数曲线在 $t$ 从 $a$ 到 $b$ 的长度是
9.4
定义向量值函数与其求导
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
CHA-3 | CHA-3.H |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个向量值函数(vector-valued function)$\vec{r}(t)=\langle x(t),\,y(t)\rangle$ 为每个 $t$ 给出一个位置向量。按分量求导:速度是 $\vec{v}(t)=\langle x'(t),\,y'(t)\rangle$ 而加速度是 $\vec{a}(t)=\langle x''(t),\,y''(t)\rangle$。速率是模 $|\vec{v}|=\sqrt{x'^2+y'^2}$。

Add vector-valued components
A vector-valued function packs an $x(t)$ and $y(t)$ into one vector. Differentiating each component gives the velocity vector, tangent to the path.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| vector-valued function | 向量值函数 | xiàng liàng zhí hán shù |
9.5
向量值函数的积分
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
FUN-8 | FUN-8.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
逐分量积分一个向量函数。给定加速度或速度加一个初始条件,积分每个分量并用条件求常数——从加速度恢复速度,或从速度恢复位置。
9.6
用参数方程与向量值函数求解运动问题
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
FUN-8 | FUN-8.B |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
对于一个在一个平面里移动的质点:位置是 $\langle x(t),y(t)\rangle$、速度和加速度是它的导数、速率是 $|\vec v|$,而在 $[a,b]$ 上的行进距离(distance traveled)是
考试技能: 这些平面运动问题几乎每年在 BC 自由回答上出现——熟练地求速率、一个较后时刻的位置(初始点加速度的积分),和总距离。
Worked example. 一个质点有位置 $\langle t^2,\ t^3-t\rangle$。它的速度是 $\langle 2t,\ 3t^2-1\rangle$,所以在 $t=1$ 速度是 $\langle 2,\ 2\rangle$ 而速率是 $\sqrt{2^2+2^2}=2\sqrt{2}$。它在 $t=2$ 的位置是 $\langle 4,\ 6\rangle$。
9.7
定义极坐标与在极坐标形式下求导
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
FUN-3 | FUN-3.G |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
极坐标(polar coordinates)由一个点离原点的距离 $r$ 和角 $\theta$ 定位它:用 $x=r\cos\theta$、$y=r\sin\theta$ 转换。一条极曲线 $r=f(\theta)$ 是一条 $\theta$ 的参数曲线,所以它的斜率是

Plot a polar curve
In polar coordinates a point is a distance $r$ at angle $\theta$. Letting $r$ depend on $\theta$ traces curves like this cardioid.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Polar coordinates | 极坐标 | jí zuò biāo |
9.8
求极坐标区域的面积或单条极坐标曲线所围面积
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
CHA-5 | CHA-5.D |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一条极曲线 $r=f(\theta)$ 从 $\alpha$ 到 $\beta$ 扫出的面积是
Worked example. 求玫瑰线 $r=2\sin(2\theta)$ 的一个花瓣的面积($\theta$ 从 $0$ 到 $\tfrac{\pi}{2}$ 描出)。用 $\sin^2 u=\tfrac12(1-\cos 2u)$,

9.9
求两条极坐标曲线所围区域的面积
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
CHA-5 | CHA-5.D |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
对于一条外曲线 $r_1$ 和一条内曲线 $r_2$ 之间的面积,减去扇形:
9.9
考试技巧
- 对于参数曲线,$\tfrac{dy}{dx}=\tfrac{dy/dt}{dx/dt}$;速率是 $\sqrt{(dx/dt)^2+(dy/dt)^2}$。
- 一个向量值函数携带相同的信息——逐分量求导/积分它。
- 在极里,用 $x=r\cos\theta$、$y=r\sin\theta$ 转换;扫出的面积是 $\tfrac12\int r^2\,d\theta$。
- 注意描出的方向($dx/dt$ 的符号)并为极面积设定正确的 $\theta$ 限。
- 当有帮助时消去参数以恢复普通的 $y$-对-$x$ 形状。
本主题的互动课程
逐步学习,并即时检测练习。