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10解析几何★★★★★
设双曲线 CC 的中心为点 OO,若有且只有一对相交于点 OO,所成的角为 60∘60^{\circ} 的直线 A1B1A_{1}B_{1} 和 A2B2A_{2}B_{2},使 ∣A1B1∣=∣A2B2∣|A_{1}B_{1}| = |A_{2}B_{2}|,其中 A1A_{1},B1B_{1} 和 A2A_{2},B2B_{2} 分别是这对直线与双曲线 CC 的交点,则该双曲线的离心率的取值范围是( )
\begin{answer} A \end{answer} \begin{solution} 取坐标轴沿双曲线的实轴、虚轴,则可设 x2a2−y2b2=1\frac{x^2}{a^2}-\frac{y^2}{b^2}=1,e2=1+b2a2e^2=1+\frac{b^2}{a^2}. 过原点、方向角为 θ\theta 的直线上的点可写为
(x,y)=ρ(cos⁡θ,sin⁡θ)(x,y)=\rho(\cos\theta,\sin\theta)
它与双曲线相交的条件为
ρ2(cos⁡2θa2−sin⁡2θb2)=1\rho^2\left(\frac{\cos^2\theta}{a^2}-\frac{\sin^2\theta}{b^2}\right)=1
且弦长为 2∣ρ∣2|\rho|. 两条方向相差 π3\frac\pi3 的直线弦长相等,当且仅当
cos⁡2θa2−sin⁡2θb2=cos⁡2(θ+π3)a2−sin⁡2(θ+π3)b2\frac{\cos^2\theta}{a^2}-\frac{\sin^2\theta}{b^2} =\frac{\cos^2(\theta+\frac\pi3)}{a^2}-\frac{\sin^2(\theta+\frac\pi3)}{b^2}
整理得
(1a2+1b2)[cos⁡2θ−cos⁡2(θ+π3)]=0\left(\frac1{a^2}+\frac1{b^2}\right) \left[\cos^2\theta-\cos^2\left(\theta+\frac\pi3\right)\right]=0
故候选的两对直线分别可取方向角 (−π6,π6)\left(-\frac\pi6,\frac\pi6\right),(π3,2π3)\left(\frac\pi3,\frac{2\pi}3\right). 第一对为割线的条件是
34a2−14b2>0  ⟺  b2a2>13  ⟺  e>233\frac{3}{4a^2}-\frac{1}{4b^2}>0 \iff \frac{b^2}{a^2}>\frac13 \iff e>\frac{2\sqrt3}{3}
第二对为割线的条件是
14a2−34b2>0  ⟺  b2a2>3  ⟺  e>2\frac{1}{4a^2}-\frac{3}{4b^2}>0 \iff \frac{b^2}{a^2}>3 \iff e>2
因此当 233<e⩽2\frac{2\sqrt3}{3}<e\leqslant2 时恰有第一对;e>2e>2 时两对均存在,而 e=233e=\frac{2\sqrt3}{3} 或更小时第一对也不是有限割线. 故离心率范围为
(233,2]\left(\frac{2\sqrt3}{3},2\right]
选 A. \end{solution}
A.
(233,2]\left(\frac{2\sqrt{3}}{3},2\right]
B.
[233,2)\left[\frac{2\sqrt{3}}{3},2\right)
C.
(233,+∞)\left(\frac{2\sqrt{3}}{3},+\infty\right)
D.
[233,+∞)\left[\frac{2\sqrt{3}}{3},+\infty\right)

2013 · 重庆 · 文 · 第 10 题 · 选择题

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10函数与初等函数★★★★★
已知以 T=4T = 4 为周期的函数
f(x)={m1−x2,x∈(−1,1],1−∣x−2∣,x∈(1,3].f(x) = \begin{cases} m\sqrt{1 - x^{2}}, & x \in (-1, 1],\\ 1 - |x - 2|, & x \in (1, 3]. \end{cases}
其中 m>0m > 0. 若方程 3f(x)=x3f(x) = x 恰有 5 个实数解,则 mm 的取值范围为( )
\begin{answer} B \end{answer}
\begin{solution} 函数以 4 为周期,先考察一个基本周期 (−1,3](-1,3]. 在 [0,1][0,1] 上,方程为
3m1−x2=x3m\sqrt{1-x^{2}}=x
由于 f(x)⩾0f(x)\geqslant0,方程的解必须满足 x⩾0x\geqslant0,且 x=0x=0 不满足方程,所以不必考察负半轴. 左端随 xx 增大而减小、右端递增,且两端在 x=0x=0 与 x=1x=1 的大小关系相反,故恰有 1 根.
在 (1,3](1,3] 上,f(x)=1−∣x−2∣f(x)=1-|x-2|. 当 1<x⩽21<x\leqslant2 时,方程为 3(x−1)=x3(x-1)=x,根为 x=32x=\frac{3}{2};当 2⩽x⩽32\leqslant x\leqslant3 时,方程为 3(3−x)=x3(3-x)=x,根为 x=94x=\frac{9}{4}. 所以基本周期内已有 3 根.
对 k⩾1k\geqslant1,在区间 (4k−1,4k+1](4k-1,4k+1] 上令 x=4k+tx=4k+t,则第一段方程化为 m=4k+t31−t2m=\frac{4k+t}{3\sqrt{1-t^{2}}},−1<t<1-1<t<1. 记
hk(t)=4k+t31−t2h_k(t)=\frac{4k+t}{3\sqrt{1-t^{2}}}
其导数为
hk′(t)=1+4kt3(1−t2)32h_k'(t)=\frac{1+4kt}{3(1-t^{2})^{\frac{3}{2}}}
所以 hkh_k 在 (−1,−1(4k))(-1,-\frac{1}{(4k)}) 上递减,在 (−1(4k),1)(-\frac{1}{(4k)},1) 上递增,并且两端趋于 +∞+\infty. 唯一最小值为
hk(−14k)=16k2−13h_k\left(-\frac1{4k}\right)=\frac{\sqrt{16k^{2}-1}}{3}
因此第 kk 个平移后的第一段有 2 个根当且仅当 m>16k2−13m>\frac{\sqrt{16k^{2}-1}}{3},有 1 个根当 mm 等于该值,否则没有根.
当 k=1k=1 时,产生 2 个根的条件是 m>153m>\frac{\sqrt{15}}{3};当 k=2k=2 时,产生根的临界值是
m=16⋅22−13=7m=\frac{\sqrt{16\cdot2^{2}-1}}{3}=\sqrt7
由于上述临界值随 kk 增大而增大,若 m<7m<\sqrt7,只有 k=1k=1 的第一段可能产生根;若 m⩾7m\geqslant\sqrt7,则至少还会产生第 k=2k=2 段的根. 第二段中 3f(x)⩽33f(x)\leqslant3,而 x>4k+1⩾5x>4k+1\geqslant5,不可能有根. 因此总根数恰为 3+2=53+2=5 当且仅当
153<m<7\frac{\sqrt{15}}{3}<m<\sqrt7
故选 B. \end{solution}
A.
(153,83)\left(\frac{\sqrt{15}}{3}, \frac{8}{3}\right)
B.
(153,7)\left(\frac{\sqrt{15}}{3}, \sqrt{7}\right)
C.
(43,83)\left(\frac{4}{3}, \frac{8}{3}\right)
D.
(43,7)\left(\frac{4}{3}, \sqrt{7}\right)

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