(3分 +5 分 +8 分)如图,已知曲线 C_ 1 :…——2013 高考数学第 22 题答案解析

2013_上海卷 (2013·理)

2013 上海 第 22 题 解答题 区分题
2013_上海卷 (2013·理)

22.(3分 +5 分 +8 分)如图,已知曲线 $C_{1}: \frac{x^{2}}{2}-y^{2}=1$ ,曲线
$C_{2}:|y|=|x|+1, \mathrm{P}$ 是平面上一点,若存在过点 P 的直线与 $C_{1}, C_{2}$ 都有公共点,则称 P 为" $\mathrm{C}_{1}-\mathrm{C}_{2}$ 型点"。
(1)在正确证明 $C_{1}$ 的左焦点是" $\mathrm{C}_{1}$ —
$\mathrm{C}_{2}$ 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 $y=k x$ 与 $C_{2}$ 有公共点,求证 $|k|>1$ ,进而证明原点不是" $\mathrm{C}_{1}-\mathrm{C}_{2}$ 型点";
(3)求证:圆 $x^{2}+y^{2}=\frac{1}{2}$ 内的点都不是" $\mathrm{C}_{1}-\mathrm{C}_{2}$ 型点".

完整解析 · 逐步详解

【解答】:(1) $\mathrm{C}_{1}$ 的左焦点为 $F(-\sqrt{3}, 0)$ ,过 F 的直线 $x=-\sqrt{3}$ 与 $\mathrm{C}_{1}$ 交于 $\left(-\sqrt{3}, \pm \frac{\sqrt{2}}{2}\right)$ ,与 $\mathrm{C}_{2}$ 交于 $(-\sqrt{3}, \pm(\sqrt{3}+1))$ ,故 $\mathrm{C}_{1}$ 的左焦点为" $\mathrm{C}_{1}-\mathrm{C}_{2}$ 型点",且直线可以为 $x=-\sqrt{3}$ ;
(2)直线 $y=k x$ 与 $\mathrm{C}_{2}$ 有交点,则
$\left\{\begin{array}{c}y=k x \\ |y|=|x|+1\end{array} \Rightarrow(|k|-1)|x|=1\right.$ ,若方程组有解,则必须 $|k|>1$ ;
直线 $y=k x$ 与 $\mathrm{C}_{2}$ 有交点,则
$\left\{\begin{array}{c}y=k x \\ x^{2}-2 y^{2}=2\end{array} \Rightarrow\left(1-2 k^{2}\right) x^{2}=2\right.$ ,若方程组有解,则必须 $k^{2}<\frac{1}{2}$
故直线 $y=k x$ 至多与曲线 $\mathrm{C}_{1}$ 和 $\mathrm{C}_{2}$ 中的一条有交点,即原点不是" $\mathrm{C}_{1}-\mathrm{C}_{2}$ 型点"。
(3)显然过圆 $x^{2}+y^{2}=\frac{1}{2}$ 内一点的直线 $l$ 若与曲线 $\mathrm{C}_{1}$ 有交点,则斜率必存在;
根据对称性,不妨设直线 $l$ 斜率存在且与曲线 $\mathrm{C}_{2}$ 交于点 $(t, t+1)(t \geq 0)$ ,则
$l: y=(t+1)=k(x-t) \Rightarrow k x-y+(1+t-k t)=0$
直线 $l$ 与圆 $x^{2}+y^{2}=\frac{1}{2}$ 内部有交点,故 $\frac{|1+t-k t|}{\sqrt{k^{2}+1}}<\frac{\sqrt{2}}{2}$
化简得,$(1+t-t k)^{2}<\frac{1}{2}\left(k^{2}+1\right)$ 。。。。。。。。。(1)
若直线 $l$ 与曲线 $\mathrm{C}_{1}$ 有交点,则
若直线 $l$ 与四线 $\mathrm{C}_{1}$ 有父点,

$$ \begin{gathered} \left\{\begin{array}{c} y=k x-k t+t+1 \\ \frac{x^{2}}{2}-y^{2}=1 \end{array} \Rightarrow\left(k^{2}-\frac{1}{2}\right) x^{2}+2 k(1+t-k t) x+(1+t-k t)^{2}+1=0\right. \\ \Delta=4 k^{2}(1+t-k t)^{2}-4\left(k^{2}-\frac{1}{2}\right)\left[(1+t-k t)^{2}+1\right] \geq 0 \Rightarrow(1+t-k t)^{2} \geq 2\left(k^{2}-1\right) \end{gathered} $$

化简得,$(1+t-k t)^{2} \geq 2\left(k^{2}-1\right)$ 。。。(2)
由①②得, $2\left(k^{2}-1\right) \leq(1+t-t k)^{2}<\frac{1}{2}\left(k^{2}+1\right) \Rightarrow k^{2}<1$
但此时,因为 $t \geq 0,[1+t(1-k)]^{2} \geq 1, \frac{1}{2}\left(k^{2}+1\right)<1$ ,即(1)式不成立;
当 $k^{2}=\frac{1}{2}$ 时,(1)式也不成立

综上,直线 $l$ 若与圆 $x^{2}+y^{2}=\frac{1}{2}$ 内有交点,则不可能同时与曲线 $\mathrm{C}_{1}$ 和 $\mathrm{C}_{2}$ 有交点,即圆 $x^{2}+y^{2}=\frac{1}{2}$ 内的点都不是" $\mathrm{C}_{1}-\mathrm{C}_{2}$ 型点"。

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