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22解析几何★★★★☆
在平面直角坐标系 xOyxOy 中,对于直线 l:ax+by+c=0l: ax + by + c = 0 和点 P1(x1,y1)P_{1}(x_{1}, y_{1}),P2(x2,y2)P_{2}(x_{2}, y_{2}),记 η=(ax1+by1+c)(ax2+by2+c)\eta = (ax_{1} + by_{1} + c)(ax_{2} + by_{2} + c). 若 η<0\eta < 0,则称点 P1P_{1},P2P_{2} 被直线 ll 分隔. 若曲线 CC 与直线 ll 没有公共点,且曲线 CC 上存在点 P1P_{1},P2P_{2} 被直线 ll 分隔,则称直线 ll 为曲线 CC 的一条分隔线.
(1) 求证:点 A(1,2)A(1,2),B(−1,0)B(-1,0) 被直线 x+y−1=0x + y - 1 = 0 分隔; (2) 若直线 y=kxy = kx 是曲线 x2−4y2=1x^2 - 4y^2 = 1 的分隔线,求实数 kk 的取值范围; (3) 动点 MM 到点 Q(0,2)Q(0,2) 的距离与到 yy 轴的距离之积为 11,设点 MM 的轨迹为 EE. 求 EE 的方程,并证明 yy 轴为曲线 EE 的分隔线.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 对直线 x+y−1=0x+y-1=0,分别计算得 1+2−1=21+2-1=2、−1+0−1=−2-1+0-1=-2,两者乘积为 −4<0-4<0,所以点 AA、BB 被该直线分隔. \item 将直线 y=kxy=kx 代入曲线方程,得 (1−4k2)x2=1(1-4k^2)x^2=1. 直线与曲线没有公共点的充要条件是 1−4k2⩽01-4k^2\leqslant0,即 ∣k∣⩾12|k|\geqslant\dfrac12. 当 ∣k∣⩾12|k|\geqslant\dfrac12 时,曲线上两点 (1,0)(1,0)、(−1,0)(-1,0) 对直线 y−kx=0y-kx=0 的代数式值分别为 −k-k、kk,其乘积为 −k2<0-k^2<0,所以确实存在被直线分隔的两点. 因此 k∈(−∞,−12]∪[12,+∞)k\in\left(-\infty,-\dfrac12\right]\cup\left[\dfrac12,+\infty\right). \item 设 M=(x,y)M=(x,y). 到点 Q(0,2)Q(0,2) 的距离为 x2+(y−2)2\sqrt{x^2+(y-2)^2},到 yy 轴的距离为 ∣x∣|x|. 由题意得 ∣x∣x2+(y−2)2=1|x|\sqrt{x^2+(y-2)^2}=1. 两边均非负,平方后得到轨迹方程 (x2+(y−2)2)x2=1\bigl(x^2+(y-2)^2\bigr)x^2=1. yy 轴的方程为 x=0x=0,代入上述方程得 0=10=1,所以 yy 轴与曲线 EE 没有公共点. 又 (1,2)(1,2)、(−1,2)(-1,2) 均满足曲线方程,而它们代入直线 x=0x=0 的代数式所得值为 11、−1-1,乘积小于零,因此这两点被 yy 轴分隔,故 yy 轴是曲线 EE 的分隔线. \end{enumerate} \end{solution}

2014 · 上海 · 文 · 第 22 题 · 解答题

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23解析几何★★★★★
如图,已知双曲线 C1:x22−y2=1C_1: \frac{x^2}{2} - y^2 = 1,曲线 C2:∣y∣=∣x∣+1C_2: |y| = |x| + 1. PP 是平面内一点,若存在过点 PP 的直线 ll 与 C1C_1,C2C_2 都有公共点,则称 PP 为“C1−C2C_1 - C_2 型点”.
(1) 在正确证明 C1C_1 的左焦点是“C1−C2C_1 - C_2 型点”时,要使用一条过该焦点的直线,试写出一条这样的直线的方程(不要求验证); (2) 设直线 y=kxy = kx 与 C2C_2 有公共点. 求证 ∣k∣>1|k| > 1,进而证明原点不是“C1−C2C_1 - C_2 型点”; (3) 求证:圆 x2+y2=12x^2 + y^2 = \frac{1}{2} 内的点都不是“C1−C2C_1 - C_2 型点”.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 双曲线 C1C_1 的左焦点为 F=(−3,0)F=(-\sqrt{3},0),直线 y=x3+1y=\frac{x}{\sqrt{3}}+1 经过点 FF,且经过 C2C_2 上的点 (0,1)(0,1),可作为所需直线. \item 设直线 y=kxy=kx 与 C2C_2 的公共点为 (x,y)(x,y). 若 x=0x=0,则由 y=kxy=kx 得 y=0y=0,这与 C2C_2 的方程 ∣y∣=∣x∣+1|y|=|x|+1 矛盾,所以 x≠0x\neq0. 于是
∣k∣=∣y∣∣x∣=∣x∣+1∣x∣>1|k|=\frac{|y|}{|x|}=\frac{|x|+1}{|x|}>1
若原点是 C1−C2C_1-C_2 型点,则存在过原点的直线同时与 C1C_1,C2C_2 有公共点. 直线 x=0x=0 与 C1C_1 联立得 −y2=1-y^2=1,无实数解;其他过原点的直线可写为 y=kxy=kx. 由上面结论,这样的直线若与 C2C_2 相交则 ∣k∣>1|k|>1,而它与 C1C_1 相交需满足
x22−k2x2=1\frac{x^2}{2}-k^2x^2=1
从而 (12−k2)x2=1\left(\frac{1}{2}-k^2\right)x^2=1,必有 k2<12k^2<\frac{1}{2},即 ∣k∣<12|k|<\frac{1}{\sqrt{2}},矛盾. 因此原点不是 C1−C2C_1-C_2 型点. \item 设点 P=(x0,y0)P=(x_0,y_0) 在圆 x2+y2=12x^2+y^2=\frac{1}{2} 的内部,即 x02+y02<12x_0^2+y_0^2<\frac{1}{2}. 反设 PP 是 C1−C2C_1-C_2 型点,设过 PP 且与两条曲线都有公共点的直线为 ℓ\ell.
若 ℓ\ell 为竖直直线 x=cx=c,由于它与 C1C_1 相交,必有 c22⩾1\frac{c^2}{2}\geqslant1,即 ∣c∣⩾2>12|c|\geqslant\sqrt{2}>\frac{1}{\sqrt{2}}. 所以 ℓ\ell 上任一点到原点的距离不可能小于 12\frac{1}{\sqrt{2}},与 PP 在圆内矛盾.
若 ℓ\ell 非竖直,设其方程为 y=kx+by=kx+b. 当 ∣k∣⩽1|k|\leqslant1 时,取 ℓ\ell 与 C2C_2 的公共点 (x,y)(x,y),则
∣b∣=∣y−kx∣⩾∣∣y∣−∣k∣∣x∣∣=1+(1−∣k∣)∣x∣⩾1|b|=|y-kx|\geqslant\bigl||y|-|k||x|\bigr|=1+(1-|k|)|x|\geqslant1
因此原点到 ℓ\ell 的距离 dd 满足
d=∣b∣1+k2⩾11+k2⩾12d=\frac{|b|}{\sqrt{1+k^2}}\geqslant\frac{1}{\sqrt{1+k^2}}\geqslant\frac{1}{\sqrt{2}}
当 ∣k∣>1|k|>1 时,将 y=kx+by=kx+b 代入 C1C_1,得
(12−k2)x2−2kbx−(b2+1)=0\left(\frac{1}{2}-k^2\right)x^2-2kbx-(b^2+1)=0
该方程有实数解,所以其判别式满足
Δ=2(b2+1−2k2)⩾0\Delta=2\left(b^2+1-2k^2\right)\geqslant0
从而 b2⩾2k2−1b^2\geqslant2k^2-1. 于是
d2=b21+k2⩾2k2−11+k2⩾12d^2=\frac{b^2}{1+k^2}\geqslant\frac{2k^2-1}{1+k^2}\geqslant\frac{1}{2}
其中最后一个不等号等价于 k2⩾1k^2\geqslant1. 综上,任何同时与 C1C_1,C2C_2 相交的直线到原点的距离都不小于 12\frac{1}{\sqrt{2}}. 但 P∈ℓP\in\ell,所以该距离不大于 OP=x02+y02<12OP=\sqrt{x_0^2+y_0^2}<\frac{1}{\sqrt{2}},矛盾. 因此圆内的点都不是 C1−C2C_1-C_2 型点. \end{enumerate} \end{solution}

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