最值問(wèn)題的基本解法有幾何法和代數(shù)法:幾何法是根據(jù)已知的幾何量之間的相互關(guān)系、平面幾何和解析幾何知識(shí)加以解決的(如拋物線上的點(diǎn)到某個(gè)定點(diǎn)和焦點(diǎn)的距離之和、光線反射問(wèn)題等);代數(shù)法是建立求解目標(biāo)關(guān)于某個(gè)或兩個(gè)變量的函數(shù),通過(guò)求解函數(shù)的最值普通方法、基本不等式方法、導(dǎo)數(shù)方法等解決的.
【例題選講】
[例1] 定圓M:(x+eq \r(3))2+y2=16,動(dòng)圓N過(guò)點(diǎn)F(eq \r(3),0)且與圓M相切,記圓心N的軌跡為E.
(1)求軌跡E的方程;
(2)設(shè)點(diǎn)A,B,C在E上運(yùn)動(dòng),A與B關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱(chēng),且|AC|=|BC|,當(dāng)△ABC的面積最小時(shí),求直線AB的方程.
[規(guī)范解答] (1)∵F(eq \r(3),0)在圓M:(x+eq \r(3))2+y2=16內(nèi),∴圓N內(nèi)切于圓M.
∵|NM|+|NF|=4>|FM|,∴點(diǎn)N的軌跡E為橢圓,且2a=4,c=eq \r(3),∴b=1,
∴軌跡E的方程為eq \f(x2,4)+y2=1.
(2)①當(dāng)AB為長(zhǎng)軸(或短軸)時(shí),S△ABC=eq \f(1,2)|OC|·|AB|=2.
②當(dāng)直線AB的斜率存在且不為0時(shí),設(shè)直線AB的方程為y=kx,A(xA,yA),
由題意,C在線段AB的中垂線上,則OC的方程為y=-eq \f(1,k)x.
聯(lián)立方程eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(x2,4)+y2=1,,y=kx))得,xeq \\al(2,A)=eq \f(4,1+4k2),yeq \\al(2,A)=eq \f(4k2,1+4k2),∴|OA|2=xeq \\al(2,A)+yeq \\al(2,A)=eq \f(4(1+k2),1+4k2).
將上式中的k替換為-eq \f(1,k),可得|OC|2=eq \f(4(1+k2),k2+4).
∴S△ABC=2S△AOC=|OA|·|OC|=eq \r(\f(4(1+k2),1+4k2))·eq \r(\f(4(1+k2),k2+4))=eq \f(4(1+k2),\r((1+4k2)(k2+4))).
∵eq \r((1+4k2)(k2+4))≤eq \f((1+4k2)+(k2+4),2)=eq \f(5(1+k2),2),
∴S△ABC≥eq \f(8,5),當(dāng)且僅當(dāng)1+4k2=k2+4,即k=±1時(shí)等號(hào)成立,此時(shí)△ABC面積的最小值是eq \f(8,5).∵2>eq \f(8,5),
∴△ABC面積的最小值是eq \f(8,5),此時(shí)直線AB的方程為y=x或y=-x.
[例2] 已知橢圓C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,P在橢圓上(異于橢圓C的左、右頂點(diǎn)),過(guò)右焦點(diǎn)F2作∠F1PF2的外角平分線L的垂線F2Q,交L于點(diǎn)Q,且|OQ|=2(O為坐標(biāo)原點(diǎn)),橢圓的四個(gè)頂點(diǎn)圍成的平行四邊形的面積為4eq \r(3).
(1)求橢圓C的方程;
(2)若直線l:x=my+4(m∈R)與橢圓C交于A,B兩點(diǎn),點(diǎn)A關(guān)于x軸的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)為A′,直線A′B交x軸于點(diǎn)D,求當(dāng)△ADB的面積最大時(shí),直線l的方程.
[規(guī)范解答] (1)由橢圓的四個(gè)頂點(diǎn)圍成的平行四邊形的面積為4×eq \f(1,2)ab=4eq \r(3),得ab=2eq \r(3).
延長(zhǎng)F2Q交直線F1P于點(diǎn)R,因?yàn)镕2Q為∠F1PF2的外角平分線的垂線,
所以|PF2|=|PR|,Q為F2R的中點(diǎn),所以|OQ|=eq \f(|F1R|,2)=eq \f(|F1P|+|PR|,2)=eq \f(|F1P|+|PF2|,2)=a,
所以a=2,b=eq \r(3),所以橢圓C的方程為eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1.
(2)聯(lián)立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=my+4,,\f(x2,4)+\f(y2,3)=1,))消去x,得(3m2+4)y2+24my+36=0,
所以Δ=(24m)2-4×36×(3m2+4)=144(m2-4)>0,即m2>4.
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),則A′(x1,-y1),由根與系數(shù)的關(guān)系,得y1+y2=eq \f(-24m,3m2+4),y1y2=eq \f(36,3m2+4),
直線A′B的斜率k=eq \f(y2-?-y1?,x2-x1)=eq \f(y2+y1,x2-x1),所以直線A′B的方程為y+y1=eq \f(y1+y2,x2-x1)(x-x1),
令y=0,得xD=eq \f(x1y2+x2y1,y1+y2)=eq \f(?my1+4?y2+y1?my2+4?,y1+y2)=eq \f(2my1y2,y1+y2)+4,
故xD=1,所以點(diǎn)D到直線l的距離d=eq \f(3,\r(1+m2)),
所以S△ADB=eq \f(1,2)|AB|·d=eq \f(3,2)eq \r(?y1+y2?2-4y1y2)=18·eq \f(\r(m2-4),3m2+4).令t=eq \r(m2-4)(t>0),
則S△ADB=18·eq \f(t,3t2+16)=eq \f(18,3t+\f(16,t))≤eq \f(18,2\r(3×16))=eq \f(3\r(3),4),
當(dāng)且僅當(dāng)3t=eq \f(16,t),即t2=eq \f(16,3)=m2-4,即m2=eq \f(28,3)>4,m=±eq \f(2\r(21),3)時(shí),△ADB的面積最大,
所以直線l的方程為3x+2eq \r(21)y-12=0或3x-2eq \r(21)y-12=0.
[例3] 已知拋物線C:x2=2py(p>0)和定點(diǎn)M(0,1),設(shè)過(guò)點(diǎn)M的動(dòng)直線交拋物線C于A,B兩點(diǎn),拋物線C在A,B處的切線的交點(diǎn)為N.
(1)若N在以AB為直徑的圓上,求p的值;
(2)若△ABN的面積的最小值為4,求拋物線C的方程.
[規(guī)范解答] 設(shè)直線AB:y=kx+1,A(x1,y1),B(x2,y2),
將直線AB的方程代入拋物線C的方程得x2-2pkx-2p=0,則x1+x2=2pk,x1x2=-2p.①
(1)由x2=2py得y′=eq \f (x,p),則A,B處的切線斜率的乘積為eq \f (x1x2,p2)=-eq \f (2,p),
∵點(diǎn)N在以AB為直徑的圓上,∴AN⊥BN,∴-eq \f (2,p)=-1,∴p=2.
(2)易得直線AN:y-y1=eq \f (x1,p)(x-x1),直線BN:y-y2=eq \f (x2,p)(x-x2),
聯(lián)立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y-y1=\f (x1,p)(x-x1),,y-y2=\f (x2,p)(x-x2),))結(jié)合①式,解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=pk,,y=-1,))即N(pk,-1).
所以|AB|=eq \r(1+k2)|x2-x1|=eq \r(1+k2)·eq \r((x1+x2)2-4x1x2)=eq \r(1+k2)·eq \r(4p2k2+8p),
點(diǎn)N到直線AB的距離d=eq \f (|pk2+2|,\r(1+k2)),
則S△ABN=eq \f (1,2)·|AB|·d=eq \r(p(pk2+2)3)≥2eq \r(2p),當(dāng)k=0時(shí),取等號(hào),
∵△ABN的面積的最小值為4,∴2eq \r(2p)=4,∴p=2,故拋物線C的方程為x2=4y.
[例4] (如圖,設(shè)橢圓C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0),左、右焦點(diǎn)為F1,F(xiàn)2,上頂點(diǎn)為D,離心率為eq \f(\r(6),3),且eq \(DF1,\s\up6(→))·eq \(DF2,\s\up6(→))=-2.
(1)求橢圓C的方程;
(2)設(shè)E是x軸正半軸上的一點(diǎn),過(guò)點(diǎn)E任作直線l與C相交于A,B兩點(diǎn),如果eq \f(1,|EA|2)+eq \f(1,|EB|2)是定值,試確定點(diǎn)E的位置,并求S△DAE·S△DBE的最大值.
[規(guī)范解答] (1)由題意知,D(0,b),F(xiàn)1(-c,0),F(xiàn)2(c,0),由e=eq \f(\r(6),3),得eq \f(c,a)=eq \f(\r(6),3),由eq \(DF1,\s\up6(→))·eq \(DF2,\s\up6(→))=-2,
得-c2+b2=-2,又a2=b2+c2,∴a=eq \r(6),b=eq \r(2),c=2.∴橢圓C的方程為eq \f(x2,6)+eq \f(y2,2)=1.
(2)當(dāng)l的斜率不為0時(shí),設(shè)AB的方程為x=ty+m,由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x2+3y2=6,,x=ty+m,))消去x,得
∴(t2+3)y2+2tmy+m2-6=0,Δ=4t2m2-4(m2-6)(t2+3)=4(6t2+18-3m2).
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),∴y1+y2=-eq \f(2tm,t2+3), y1y2=eq \f(m2-6,t2+3),
∴eq \f(1,|EA|2)+eq \f(1,|EB|2)=eq \f(1,1+t2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,y\\al(2,1))+\f(1,y\\al(2,2))))=eq \f(1,1+t2)·eq \f(?y1+y2?2-2y1y2,?y1y2?2)=eq \f(?2m2+12?t2-6?m2-6?,?m2-6?2?1+t2?),
∴m=eq \r(3),它滿足Δ>0,∴E(eq \r(3),0),eq \f(1,|EA|2)+eq \f(1,|EB|2)為定值2.
當(dāng)E為(eq \r(3),0),l:y=0時(shí),滿足eq \f(1,|EA|2)+eq \f(1,|EB|2)=2,
此時(shí)S△DAE·S△DBE=eq \f(1,2)×eq \r(2)×(eq \r(6)-eq \r(3))×eq \f(1,2)×eq \r(2)×(eq \r(6)+eq \r(3))=eq \f(3,2).
當(dāng)l的斜率不為0時(shí),y1+y2=-eq \f(2\r(3)t,t2+3),y1y2=-eq \f(3,t2+3),
由D到AB的距離d=eq \f(|\r(2)t+\r(3)|,\r(1+t2)),|AE|=eq \r(1+t2)|y1|,|BE|=eq \r(1+t2)|y2|,
得S△DAE·S△DBE=eq \f(1,2)d·|AE|·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)·d·|BE|))=eq \f(3?\r(2)t+\r(3)?2,4(t2+3)).
令u=eq \r(2)t+eq \r(3),則t=eq \f(u-\r(3),\r(2)),則S△DAE·S△DBE=eq \f(3,2)×eq \f(u2,u2-2\r(3)u+9)=eq \f(3,2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(9,u2)-\f(2\r(3),u)+1)))=eq \f(3,2\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(9\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,u)-\f(\r(3),9)))2+\f(2,3))))≤eq \f(9,4),
當(dāng)且僅當(dāng)eq \f(1,u)=eq \f(\r(3),9),即u=3eq \r(3),t=eq \r(6)時(shí),等號(hào)成立.故(S△DAE·S△DBE)max=eq \f(9,4).
[例5] 已知直線l經(jīng)過(guò)拋物線C:x2=4y的焦點(diǎn)F,且與拋物線C交于A,B兩點(diǎn),拋物線C在A,B兩點(diǎn)處的切線分別與x軸交于點(diǎn)M,N.
(1)求證:AM⊥MF;
(2)記△AFM和△BFN的面積分別為S1和S2,求S1·S2的最小值.
[規(guī)范解答] (1)證明:設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),其中y1=eq \f(x\\al(2,1),4),y2=eq \f(x\\al(2,2),4).
由導(dǎo)數(shù)知識(shí)可知,拋物線C在點(diǎn)A處的切線l1的斜率k1=eq \f(x1,2),
則切線l1的方程為y-y1=eq \f(x1,2)(x-x1),令y=0,可得Meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x1,2),0)).因?yàn)镕(0,1),
所以直線MF的斜率kMF=eq \f(1-0,0-\f(x1,2))=-eq \f(2,x1).所以k1·kMF=-1,所以AM⊥MF.
(2)由(1)可知S1=eq \f(1,2)|AM|·|MF|,
其中|AM|= eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x1-\f(x1,2)))2+y\\al(2,1)) =eq \r(\f(x\\al(2,1),4)+y\\al(2,1))=eq \r(y1+y\\al(2,1))=eq \r(y1)·eq \r(1+y1),|MF|=eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x1,2)))2+1)=eq \r(y1+1),
所以S1=eq \f(1,2)|AM|·|MF|=eq \f(1,2)(y1+1)eq \r(y1).同理可得S2=eq \f(1,2)(y2+1)eq \r(y2).
所以S1·S2=eq \f(1,4)(y1+1)(y2+1)eq \r(y1y2)=eq \f(1,4)(y1y2+y1+y2+1)eq \r(y1y2).
設(shè)直線l的方程為y=kx+1,由方程組eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx+1,,x2=4y,))可得x2-4kx-4=0,
所以x1x2=-4,所以y1y2=eq \f(?x1x2?2,16)=1.所以S1·S2=eq \f(1,4)(y1+y2+2)≥eq \f(1,4)(2eq \r(y1y2)+2)=1,
當(dāng)且僅當(dāng)y1=y(tǒng)2時(shí),等號(hào)成立.所以S1·S2的最小值為1.
[例6] (2019·浙江)如圖,已知點(diǎn)F(1,0)為拋物線y2=2px(p>0)的焦點(diǎn).過(guò)點(diǎn)F的直線交拋物線于A,B兩點(diǎn),點(diǎn)C在拋物線上,使得△ABC的重心G在x軸上,直線AC交x軸于點(diǎn)Q,且Q在點(diǎn)F的右側(cè).記△AFG,△CQG的面積分別為S1,S2.
(1)求p的值及拋物線的準(zhǔn)線方程;
(2)求eq \f(S1,S2)的最小值及此時(shí)點(diǎn)G的坐標(biāo).
[規(guī)范解答] (1)由題意得eq \f(p,2)=1,即p=2.所以拋物線的準(zhǔn)線方程為x=-1.
(2)設(shè)A(xA,yA),B(xB,yB),C(xC,yC),重心G(xG,yG).令yA=2t,t≠0,則xA=t2.
由于直線AB過(guò)F,故直線AB的方程為x=eq \f(t2-1,2t)y+1,
代入y2=4x,得y2-eq \f(2(t2-1),t)y-4=0,故2tyB=-4,即yB=-eq \f(2,t),所以Beq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,t2),-\f(2,t))).
又xG=eq \f(1,3)(xA+xB+xC),yG=eq \f(1,3)(yA+yB+yC)及重心G在x軸上,得2t-eq \f(2,t)+yC=0,
得Ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,t)-t))2,2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,t)-t)))),Geq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2t4-2t2+2,3t2),0)).
所以直線AC的方程為y-2t=2t(x-t2),得Q(t2-1,0).
由于Q在焦點(diǎn)F的右側(cè),故t2>2.從而
eq \f(S1,S2)=eq \f(\f(1,2)|FG|·|yA|,\f(1,2)|QG|·|yC|)=eq \f(\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(2t4-2t2+2,3t2)-1))·|2t|,\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(t2-1-\f(2t4-2t2+2,3t2)))·\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(2,t)-2t)))=eq \f(2t4-t2,t4-1)=2-eq \f(t2-2,t4-1).
令m=t2-2,則m>0,eq \f(S1,S2)=2-eq \f(m,m2+4m+3)=2-eq \f(1,m+\f(3,m)+4)≥2-eq \f(1,2\r(m·\f(3,m))+4)=1+eq \f(\r(3),2).
當(dāng)m=eq \r(3)時(shí),eq \f(S1,S2)取得最小值1+eq \f(\r(3),2),此時(shí)G(2,0).
【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練】
1.(2014·全國(guó)Ⅰ)已知點(diǎn)A(0,-2),橢圓E:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的離心率為eq \f(\r(3),2),F(xiàn)是橢圓E的右焦點(diǎn),直
線AF的斜率為eq \f(2\r(3),3),O為坐標(biāo)原點(diǎn).
(1)求E的方程;
(2)設(shè)過(guò)點(diǎn)A的動(dòng)直線l與E相交于P,Q兩點(diǎn).當(dāng)△OPQ的面積最大時(shí),求l的方程.
2.若橢圓eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,線段F1F2被拋物線y2=2bx的焦點(diǎn)F分成了3∶
1的兩段.
(1)求橢圓的離心率;
(2)過(guò)點(diǎn)C(-1,0)的直線l交橢圓于不同兩點(diǎn)A,B,且eq \(AC,\s\up7(→))=2eq \(CB,\s\up7(→)),當(dāng)△AOB的面積最大時(shí),求直線l的方程.
3.已知橢圓C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的離心率為eq \f(\r(6),3),且過(guò)點(diǎn)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(\r(6),3))).
(1)求橢圓C的方程;
(2)設(shè)與圓O:x2+y2=eq \f(3,4)相切的直線l交橢圓C與A,B兩點(diǎn),求△OAB面積的最大值,及取得最大值時(shí)直線l的方程.
4.已知橢圓M:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,3)=1(a>0)的一個(gè)焦點(diǎn)為F(-1,0),左、右頂點(diǎn)分別為A,B.經(jīng)過(guò)點(diǎn)F的直線l
與橢圓M交于C,D兩點(diǎn).
(1)當(dāng)直線l的傾斜角為45°時(shí),求線段CD的長(zhǎng);
(2)記△ABD與△ABC的面積分別為S1和S2,求|S1-S2|的最大值.
5.已知離心率為eq \f(\r(3),2)的橢圓C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)過(guò)點(diǎn)Peq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(\r(3),2))),與坐標(biāo)軸不平行的直線l與橢圓C交于
A,B兩點(diǎn),其中M為A關(guān)于y軸的對(duì)稱(chēng)點(diǎn),N(0,eq \r(2)),O為坐標(biāo)原點(diǎn).
(1)求橢圓C的方程;
(2)分別記△PAO,△PBO的面積為S1,S2,當(dāng)M,N,B三點(diǎn)共線時(shí),求S1·S2的最大值.
6.已知焦點(diǎn)為F的拋物線C1:x2=2py(p>0),圓C2:x2+y2=1,直線l與拋物線相切于點(diǎn)P,與圓相切
于點(diǎn)Q.
(1)當(dāng)直線l的方程為x-y-eq \r(2)=0時(shí),求拋物線C1的方程;
(2)記S1,S2分別為△FPQ,△FOQ的面積,求eq \f(S1,S2)的最小值.

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