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17不等式★★★★☆
设 mm 为实数,若 {(x,y)∣x−2y+5⩾0, 3−x⩾0, mx+y⩾0}⊆{(x,y)∣x2+y2⩽25}\left\{(x,y)\mid x - 2y + 5 \geqslant 0,\ 3 - x \geqslant 0,\ mx + y \geqslant 0\right\} \subseteq \left\{(x,y)\mid x^{2} + y^{2} \leqslant 25\right\},则 mm 的取值范围是______. \begin{answer} 0⩽m⩽430 \leqslant m \leqslant \frac{4}{3} \end{answer}
\begin{solution} 三条边界直线分别为 y=x+52y=\dfrac{x+5}{2},x=3x=3 和 y=−mxy=-mx. 若 2m+1⩽02m+1\leqslant0,则前两条不等式与 y⩾−mxy\geqslant-mx 的交集向左无界,不可能包含在圆 x2+y2⩽25x^2+y^2\leqslant25 内,故 m>−12m>-\dfrac12. 此时区域为三角形,其三个顶点为 A=(3,4)A=(3,4),B=(3,−3m)B=(3,-3m),C=(−52m+1,5m2m+1)C=\left(-\frac5{2m+1},\frac{5m}{2m+1}\right). 圆盘是凸集,故三角形包含于圆盘的充要条件是三个顶点都在圆盘内.
点 AA 在圆周上. 由点 BB 在圆盘内,得
9+9m2⩽25⟺−43⩽m⩽439+9m^2\leqslant25\Longleftrightarrow-\frac43\leqslant m\leqslant\frac43
由点 CC 在圆盘内,得
25(1+m2)(2m+1)2⩽25⟺m(3m+4)⩾0\frac{25(1+m^2)}{(2m+1)^2}\leqslant25 \Longleftrightarrow m(3m+4)\geqslant0
结合 m>−12m>-\dfrac12,可知 3m+4>03m+4>0,所以 m⩾0m\geqslant0. 综合得 0⩽m⩽430\leqslant m\leqslant\dfrac43. \end{solution}

2007 · 浙江 · 理 · 第 17 题 · 填空题

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