高考數(shù)學(xué)復(fù)習(xí) 17-18版 第9章 熱點(diǎn)探究課5 直線與圓的綜合問(wèn)題

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1、 熱點(diǎn)探究課(五) 直線與圓的綜合問(wèn)題 [命題解讀] 從近五年的高考試題來(lái)看,高考對(duì)該部分的考查主要以直線與圓及圓與圓的位置關(guān)系為載體,綜合考查直線方程、圓的方程的求法及與直線、圓相關(guān)的最值范圍問(wèn)題. 熱點(diǎn)1 與直線、圓有關(guān)的最值(范圍)問(wèn)題 該類問(wèn)題以直線、圓的位置關(guān)系為載體,通過(guò)定點(diǎn)圓心,弦心距之間的關(guān)系及圓與圓的位置關(guān)系建立不等式,并借助函數(shù)或不等式求相應(yīng)問(wèn)題的最值.  (1)在平面直角坐標(biāo)系xOy中,圓C的方程為x2+y2-8x+15=0,若直線y=kx-2上至少存在一點(diǎn),使得以該點(diǎn)為圓心,1為半徑的圓與圓C有公共點(diǎn),則k的最大值是________. 【導(dǎo)學(xué)號(hào):6217225

2、5】 (2)(2016·蘇北四市模擬)設(shè)m,n>0,若直線(m+1)x+(n+1)y-2=0與圓(x-1)2+(y-1)2=1相切,則m+n的最小值是________. (1) (2)2+2 [(1)圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為(x-4)2+y2=1,圓心為(4,0),由題意知(4,0)到kx-y-2=0的距離應(yīng)不大于2,即≤2整理,得3k2-4k≤0.解得0≤k≤.故k的最大值是. (2)由直線與圓相切可知圓心距d==1,整理可得(m-1)(n-1)=2,利用均值不等式2=(m-1)(n-1)≤2,可知m+n≥2+2.等號(hào)成立的條件為m-1=n-1,即m=n=+1.] [規(guī)律方法] 1.研究直線

3、與圓的位置關(guān)系最常用的解題方法為幾何法,將代數(shù)問(wèn)題幾何化,利用數(shù)形結(jié)合思想解題. 2.與圓有關(guān)的最值問(wèn)題主要表現(xiàn)在求幾何圖形的長(zhǎng)度、面積的最值,求點(diǎn)到直線的距離的最值,求相關(guān)參數(shù)的最值等方面.解決此類問(wèn)題的主要思路是利用圓的幾何性質(zhì)將問(wèn)題轉(zhuǎn)化. [對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1] 已知圓C:(x-3)2+(y-4)2=1和兩點(diǎn)A(-m,0),B(m,0)(m>0).若圓C上存在點(diǎn)P,使得∠APB=90°,則m的最大值為_(kāi)_______. 6 [根據(jù)題意,畫出示意圖,如圖所示, 則圓心C的坐標(biāo)為(3,4),半徑r=1,且AB=2m,因?yàn)椤螦PB=90°,連結(jié)OP,易知OP=AB=m.要求m的最大值,即求

4、圓C上的點(diǎn)P到原點(diǎn)O的最大距離.因?yàn)镺C==5,所以O(shè)Pmax=OC+r=6,即m的最大值為6.] 熱點(diǎn)2 定點(diǎn)問(wèn)題 定點(diǎn)問(wèn)題的兩種解法 (1)引進(jìn)參數(shù)法:引進(jìn)動(dòng)點(diǎn)的坐標(biāo)或動(dòng)線中系數(shù)為參數(shù)表示變化量,再研究變化的量與參數(shù)何時(shí)沒(méi)有關(guān)系,找到定點(diǎn). (2)特殊到一般法:根據(jù)動(dòng)點(diǎn)或動(dòng)線的特殊情況探索出定點(diǎn),再證明該定點(diǎn)與變量無(wú)關(guān).  已知t∈R,圓C:x2+y2-2tx-2t2y+4t-4=0. (1)若圓C的圓心在直線x-y+2=0上,求圓C的方程. (2)圓C是否過(guò)定點(diǎn)?如果過(guò)定點(diǎn),求出定點(diǎn)的坐標(biāo);如果不過(guò)定點(diǎn),請(qǐng)說(shuō)明理由. [解] (1)由原方程配方得(x-t)2+(y-t2)

5、2=t4+t2-4t+4,其圓心為C(t,t2). 依題意知t-t2+2=0,所以t=-1或2. 即圓C的方程為x2+y2+2x-2y-8=0或x2+y2-4x-8y+4=0.6分 (2)整理圓C的方程為(x2+y2-4)+(-2x+4)t+(-2y)·t2=0, 令?所以圓C過(guò)定點(diǎn)(2,0).14分 [規(guī)律方法] 判定圓是否過(guò)定點(diǎn),或是求圓所過(guò)定點(diǎn)坐標(biāo)的問(wèn)題,可以在方程形式上轉(zhuǎn)化為關(guān)于某個(gè)參量的方程,結(jié)合恒等式的關(guān)系,再構(gòu)造關(guān)于x,y的方程組求該點(diǎn)的坐標(biāo).若方程組有解,則說(shuō)明圓過(guò)定點(diǎn),否則圓不過(guò)定點(diǎn). [對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2] 如圖1,在平面直角坐標(biāo)系xOy中,已知圓C1:(x+1)2+y

6、2=1,圓C2:(x-3)2+(y-4)2=1.設(shè)動(dòng)圓C同時(shí)平分圓C1、圓C2的周長(zhǎng). (1)求證:動(dòng)圓圓心C在一條定直線上運(yùn)動(dòng). (2)動(dòng)圓C是否經(jīng)過(guò)定點(diǎn)?若經(jīng)過(guò),求出定點(diǎn)的坐標(biāo);若不經(jīng)過(guò),請(qǐng)說(shuō)明理由. 圖1 [解] (1)證明:設(shè)圓心C(x,y),由題意,得CC1=CC2, 即=,化簡(jiǎn)得x+y-3=0, 即動(dòng)圓圓心C在定直線x+y-3=0上運(yùn)動(dòng).4分 (2)圓C過(guò)定點(diǎn). 設(shè)C(m,3-m),則動(dòng)圓C的半徑為=. 于是動(dòng)圓C的方程為(x-m)2+(y-3+m)2=1+(m+1)2+(3-m)2, 整理,得x2+y2-6y-2-2m(x-y+1)=0, 聯(lián)立方程組

7、解得或 所以動(dòng)圓C過(guò)定點(diǎn),定點(diǎn)的坐標(biāo)為和.14分 熱點(diǎn)3 與直線、圓有關(guān)的函數(shù)建模問(wèn)題(答題模板) 與直線、圓有關(guān)的函數(shù)建模問(wèn)題也是近幾年的一個(gè)高考亮點(diǎn),2014年江蘇省第18題曾經(jīng)考查過(guò),主要考查學(xué)生運(yùn)用直線、圓的知識(shí)及坐標(biāo)法的思想解決問(wèn)題.  (本小題滿分14分)(2017·南京鹽城一模)如圖2所示,A,B是兩個(gè)垃圾中轉(zhuǎn)站,B在A的正東方向16千米處,AB的南面為居民生活區(qū). 為了妥善處理生活垃圾,政府決定在AB的北面建一個(gè)垃圾發(fā)電廠P,垃圾發(fā)電廠P的選址擬滿足以下兩個(gè)要求(A,B,P可看成三個(gè)點(diǎn)):①垃圾發(fā)電廠到兩個(gè)垃圾中轉(zhuǎn)站的距離與它們每天集中的生活垃圾量成反比,比例系數(shù)相同;

8、②垃圾發(fā)電廠應(yīng)盡量遠(yuǎn)離居民區(qū)(這里參考的指標(biāo)是點(diǎn)P到直線AB的距離要盡可能大). 現(xiàn)估測(cè)得A,B兩個(gè)中轉(zhuǎn)站每天集中的生活垃圾量分別約為30噸和50噸,問(wèn)垃圾發(fā)電廠該如何選址才能同時(shí)滿足上述要求? 【導(dǎo)學(xué)號(hào):62172256】 圖2 [解] 以AB所在直線為x軸,線段AB的中垂線為y軸,建立平面直角坐標(biāo)系. 則A(-8,0),B(8,0). 由條件①,得==.5分 設(shè)P(x,y)(y>0),則3=5,10分 化簡(jiǎn)得(x-17)2+y2=152(y>0), 即點(diǎn)P的軌跡是以點(diǎn)(17,0)為圓心、15為半徑的圓位于x軸上方的半圓.12分 則當(dāng)x=17時(shí),點(diǎn)P到直線AB的距離

9、最大,最大值為15千米. 所以點(diǎn)P的選址應(yīng)滿足在上述坐標(biāo)系中其坐標(biāo)為(17,15)即可.14分 [答題模板] 第1步建系:以線段AB為x軸,其中垂線為y軸建系. 第2步建等量關(guān)系:以題設(shè)條件為依托,把文字語(yǔ)言代數(shù)化,數(shù)量化. 第3步解模:利用數(shù)學(xué)知識(shí)求解第2步中的等量關(guān)系,做到等價(jià)變形. 第4步回扣主題:把數(shù)學(xué)結(jié)果實(shí)際問(wèn)題化. 第5步反思總結(jié):從第1步到第4步反思一遍,看有無(wú)漏點(diǎn),錯(cuò)點(diǎn). [溫馨提示] 1.該類問(wèn)題以實(shí)際問(wèn)題為載體,重在考查學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力,求解的關(guān)鍵是如何把實(shí)際問(wèn)題數(shù)學(xué)模型化. 2.注意實(shí)際問(wèn)題隱含的條件、范圍等信息. [對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3] 一條

10、形如斜L型的鐵路線MON在經(jīng)過(guò)某城市O時(shí)轉(zhuǎn)彎而改變方向,測(cè)得tan∠MON=-3,因市內(nèi)不準(zhǔn)建站,故考慮在郊區(qū)A,B處分別建設(shè)東車站與北車站,其中東車站A建于鐵路OM上,且OA=6 km,北車站B建于鐵路ON上,同時(shí)在兩站之間建設(shè)一條貨運(yùn)公路,使直線AB經(jīng)過(guò)貨物中轉(zhuǎn)站Q,已知Q站與鐵路線OM,ON的垂直距離分別為2 km, km. 現(xiàn)以點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),射線OM為x軸的正半軸,建立如圖3所示的直角坐標(biāo)系. 圖3 (1)若一貨運(yùn)汽車以36 km/h的速度從車站A開(kāi)往車站B,不計(jì)途中裝卸貨物時(shí)間,則需多長(zhǎng)時(shí)間? (2)若在中轉(zhuǎn)站Q的正北方向6 km有一個(gè)工廠P,為了節(jié)省開(kāi)支,產(chǎn)品不經(jīng)中轉(zhuǎn)

11、站而運(yùn)至公路上C處,讓貨車直接運(yùn)走,試確定點(diǎn)C的最佳位置. [解] (1)由已知得A(6,0),直線ON的方程為y=-3x, 設(shè)Q(x0,2)(x0>0),由=及x0>0得x0=4,∴Q(4,2).5分 ∴直線AQ的方程為y=-(x-6),即x+y-6=0, 由得即B(-3,9), ∴AB==9,從而t== h. 即貨運(yùn)汽車需要15分鐘時(shí)間.8分 (2)點(diǎn)P到直線AB的垂直距離最近,則垂足為C. 由(1)知直線AB的方程為x+y-6=0,12分 ∵P(4,8),則直線PC的方程為x-y+4=0, 聯(lián)立上述兩式得即點(diǎn)C的坐標(biāo)為(1,5).16分 熱點(diǎn)探究訓(xùn)練(五) A組 

12、基礎(chǔ)達(dá)標(biāo) (建議用時(shí):30分鐘) 一、填空題 1.一條光線從點(diǎn)(-2,-3)射出,經(jīng)y軸反射后與圓(x+3)2+(y-2)2=1相切,則反射光線所在直線的斜率為_(kāi)_______. 【導(dǎo)學(xué)號(hào):62172257】 -或- [由已知,得點(diǎn)(-2,-3)關(guān)于y軸的對(duì)稱點(diǎn)為(2,-3),由入射光線與反射光線的對(duì)稱性,知反射光線一定過(guò)點(diǎn)(2,-3). 設(shè)反射光線所在直線的斜率為k,則反射光線所在直線的方程為y+3=k(x-2),即kx-y-2k-3=0. 由反射光線與圓相切,則有d==1, 解得k=-或k=-.] 2.若圓x2+y2-2x+6y+5a=0關(guān)于直線y=x+2b成軸對(duì)稱圖形,則

13、a-b的取值范圍是________. (-∞,4) [圓的方程可變?yōu)?x-1)2+(y+3)2=10-5a, 可知圓心(1,-3),且10-5a>0,即a<2. ∵圓關(guān)于直線y=x+2b對(duì)稱, ∴點(diǎn)(1,-3)在直線上,則b=-2. ∴a-b=2+a<4.] 3.已知m,n為正整數(shù),且直線2x+(n-1)y-2=0與直線mx+ny+3=0互相平行,則2m+n的最小值為_(kāi)_______. 9 [直線2x+(n-1)y-2=0與直線mx+ny+3=0互相平行, ∴2n=m(n-1), ∴m+2n=mn, 又m>0,n>0,得+=1. ∴2m+n=(2m+n)=5++≥5+2=

14、9. 當(dāng)且僅當(dāng)=時(shí)取等號(hào). ∴2m+n的最小值為9.] 4.過(guò)點(diǎn)P(-,-1)的直線l與圓x2+y2=1有公共點(diǎn),則直線l的傾斜角的取值范圍是________.  [因l與圓x2+y2=1有公共點(diǎn),則l的斜率存在,設(shè)斜率為k,所以直線l的方程為y+1=k(x+), 即kx-y+k-1=0, 則圓心到l的距離d=. 依題意,得≤1,解得0≤k≤. 故直線l的傾斜角的取值范圍是.] 5.若圓x2+y2-2x+4y+1=0上恰有兩點(diǎn)到直線2x+y+c=0(c>0)的距離等于1,則c的取值范圍為_(kāi)_______. (,3) [圓x2+y2-2x+4y+1=0的圓心為(1,-2),半

15、徑r=2,要使圓上恰有兩點(diǎn)到直線2x+y+c=0(c>0)的距離為1,則1<<3, 解得0,故c的取值范圍為(,3).] 6.過(guò)點(diǎn)M(1,2)的直線l與圓C:(x-2)2+y2=9交于A,B兩點(diǎn),C為圓心,當(dāng)∠ACB最小時(shí),直線l的方程為_(kāi)_______. 【導(dǎo)學(xué)號(hào):62172258】 x-2y+3=0 [當(dāng)CM⊥l,即弦長(zhǎng)最短時(shí),∠ACB最小,kCM=-2, ∴kl·kCM=-1,∴kl=, ∴l(xiāng)的方程為:x-2y+3=0.] 7.在圓x2+y2=4上與直線l:4x+3y-12=0的距離最小的點(diǎn)的坐標(biāo)是________.  [過(guò)圓(0,0)與直線l

16、垂直的直線方程為3x-4y=0,由解得或結(jié)合圖象(圖略)可知所求點(diǎn)的坐標(biāo)為.] 8.已知兩點(diǎn)A(-1,0),B(0,2),點(diǎn)P是圓(x-1)2+y2=1上任意一點(diǎn),則△PAB面積的最大值與最小值分別是________. 2+,2- [如圖,圓心(1,0)到直線AB:2x-y+2=0的距離為d=, 故圓上的點(diǎn)P到直線AB的距離的最大值是+1,最小值是-1,又AB=,故△PAB面積的最大值和最小值分別是2+,2-.] 9.若圓C1:x2+y2-2ax+a2-9=0(a∈R)與圓C2:x2+y2+2by+b2-1=0(b∈R)內(nèi)切,則ab的最大值為_(kāi)_______. 2 [圓C1:x2+y

17、2-2ax+a2-9=0(a∈R). 化為:(x-a)2+y2=9,圓心坐標(biāo)為(a,0),半徑為3. 圓C2:x2+y2+2by+b2-1=0(b∈R),化為x2+(y+b)2=1,圓心坐標(biāo)為(0,-b),半徑為1. ∵圓C1:x2+y2-2ax+a2-9=0(a∈R)與圓C2:x2+y2+2by+b2-1=0(b∈R)內(nèi)切,∴=3-1,即a2+b2=4,ab≤(a2+b2)=2.∴ab的最大值為2.] 10.(2017·蘇州模擬)設(shè)曲線C的方程為(x-2)2+(y+1)2=9,直線l的方程為x-3y+2=0,則曲線上的點(diǎn)到直線l的距離為的點(diǎn)的個(gè)數(shù)為_(kāi)_______. 2 [由(x-

18、2)2+(y+1)2=9,得圓心坐標(biāo)為(2,-1),半徑r=3,圓心到直線l的距離d===. 要使曲線上的點(diǎn)到直線l的距離為,此時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)在直徑上,故有兩個(gè)點(diǎn).] 二、解答題 11.在平面直角坐標(biāo)系xOy中,二次函數(shù)f(x)=x2+2x+b(x∈R)與兩坐標(biāo)軸有三個(gè)交點(diǎn).記過(guò)三個(gè)交點(diǎn)的圓為圓C. (1)求圓C的方程; (2)圓C是否經(jīng)過(guò)定點(diǎn)(與b的取值無(wú)關(guān))?證明你的結(jié)論. 【導(dǎo)學(xué)號(hào):62172259】 [解] (1)設(shè)所求圓的一般方程為x2+y2+Dx+Ey+F=0,令y=0,得x2+Dx+F=0,這與x2+2x+b=0是同一個(gè)方程,故D=2,F(xiàn)=b;令x=0,得y2+Ey+

19、b=0,此方程有一個(gè)根為b,代入得E=-b-1,所以圓C的方程為x2+y2+2x-(b+1)y+b=0. (2)圓C必過(guò)定點(diǎn)(0,1),(-2,1). 證明如下:原方程轉(zhuǎn)化為(x2+y2+2x-y)+b(1-y)=0,即解得或 12.(2017·南京鹽城二模)如圖4,某城市有一塊半徑為1(單位:百米)的圓形景觀,圓心為C,有兩條與圓形景觀相切且互相垂直的道路.最初規(guī)劃在拐角處(圖中陰影部分)只有一塊綠化地,后來(lái)有眾多市民建議在綠化地上建一條小路,便于市民快捷地往返兩條道路.規(guī)劃部門采納了此建議,決定在綠化地中增建一條與圓C相切的小道AB. 圖4 問(wèn):A,B兩點(diǎn)應(yīng)選在何處可使得小道

20、AB最短? [解] 如圖,分別由兩條道路所在直線建立直角坐標(biāo)系xOy. 設(shè)A(a,0),B(0,b)(0<a<1,0<b<1), 則直線AB的方程為+=1,即bx+ay-ab=0. 因?yàn)锳B與圓C相切,所以=1. 化簡(jiǎn)得 ab-2(a+b)+2=0,即ab=2(a+b)-2. 因此AB== = =. 因?yàn)?<a<1,0<b<1,所以0<a+b<2, 于是AB=2-(a+b). 又ab=2(a+b)-2≤2, 解得0<a+b≤4-2或a+b≥4+2. 因?yàn)?<a+b<2,所以0<a+b≤4-2, 所以AB=2-(a+b) ≥2-(4-2)=2-2, 當(dāng)且僅當(dāng)a=

21、b=2-時(shí)取等號(hào), 所以AB的最小值為2-2,此時(shí)a=b=2-. 即當(dāng)A,B兩點(diǎn)離道路的交點(diǎn)都為2-百米/時(shí),小道AB最短. B組 能力提升 (建議用時(shí):15分鐘) 1.(2017·無(wú)錫模擬)在平面直角坐標(biāo)系xOy中,已知圓C:x2+(y-3)2=2,點(diǎn)A是x軸上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),AP,AQ分別切圓C于P,Q兩點(diǎn),則線段PQ長(zhǎng)的取值范圍是________.  [設(shè)∠PCA=θ,所以PQ=2sin θ. 又cos θ=,AC∈[3,+∞),所以cos θ∈, 所以cos2θ∈,sin2θ=1-cos2θ∈, 所以sin θ∈,所以PQ∈.] 2.已知點(diǎn)P的坐標(biāo)(x,y)滿足過(guò)點(diǎn)P的

22、直線l與圓C:x2+y2=14相交于A,B兩點(diǎn),則AB的最小值為_(kāi)_________. 4 [作出不等式組表示的平面區(qū)域如圖中陰影部分所示.要使弦AB最短,只需弦心距最大,根據(jù)圖形知點(diǎn)P(1,3)到圓心的距離最大,則OP=,圓的半徑為. ∴ABmin=2=2=4.] 3.(2017·連云港、徐州、淮安、宿遷四市一調(diào))在平面直角坐標(biāo)系xOy中,已知點(diǎn)A(-3,4),B(9,0),若C,D分別為線段OA,OB上的動(dòng)點(diǎn),且滿足AC=BD. 圖5 (1)若AC=4,求直線CD的方程; (2)證明:△OCD的外接圓恒過(guò)定點(diǎn)(異于原點(diǎn)O). [解] (1)因?yàn)锳(-3,4),所以O(shè)A==

23、5, 又因?yàn)锳C=4,所以O(shè)C=1,所以C, 由BD=4,得D(5,0),所以直線CD的斜率為=-, 所以直線CD的方程為y=-(x-5),即x+7y-5=0. (2)證明:設(shè)C(-3m,4m)(0

24、x+2y)=0, 令所以(舍)或 所以△OCD的外接圓恒過(guò)定點(diǎn)為(2,-1). 4.(2017·南京模擬)已知在△ABC中,點(diǎn)A,B的坐標(biāo)分別為(-2,0)和(2,0),點(diǎn)C在x軸上方. (1)若點(diǎn)C的坐標(biāo)為(2,3),求以A、B為焦點(diǎn)且經(jīng)過(guò)點(diǎn)C的橢圓的方程; (2)若∠ACB=45°,求△ABC的外接圓的方程; (3)若在給定直線y=x+t上任取一點(diǎn)P,從點(diǎn)P向(2)中圓引一條切線,切點(diǎn)為Q.問(wèn)是否存在一個(gè)定點(diǎn)M,恒有PM=PQ?請(qǐng)說(shuō)明理由. [解] (1)因?yàn)锳C=5,BC=3,所以橢圓的長(zhǎng)軸長(zhǎng)2a=AC+BC=8, 又c=2,所以b=2,故所求橢圓的方程為+=1. (2

25、)因?yàn)椋?R,所以2R=4,即R=2 又圓心在AB的垂直平分線上,故可設(shè)圓心為(0,s)(s>0), 則由4+s2=8,所以△ABC的外接圓的方程為x2+(y-2)2=8. (3)假設(shè)存在這樣的點(diǎn)M(m,n),設(shè)點(diǎn)P的坐標(biāo)為(x,x+t),因?yàn)楹阌蠵M=PQ,所以(x-m)2+(x+t-n)2=x2+(x+t-2)2-8, 即(2m+2n-4)x-(m2+n2-2nt+4t+4)=0,對(duì)x∈R,恒成立, 從而 消去m,得n2-(t+2)n+(2t+4)=0. 因?yàn)榉匠膛袆e式△=t2-4t-12,所以 ①當(dāng)-2

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