18.(15分)(2008•江苏)在平面直角坐标系 xOy 中,记二次函数 $\mathrm{f}(\mathrm{x})=\mathrm{x}^{2}+2 \mathrm{x}+\mathrm{b}(\mathrm{x} \in \mathrm{R})$ 与两坐标轴有三个交点。经过三个交点的圆记为C。
(1)求实数 b 的取值范围;
(2)求圆 C 的方程;
(3)问圆 C 是否经过定点(其坐标与 b 的无关)?请证明你的结论。
见解析
2008_江苏卷 (2008)
18.(15分)(2008•江苏)在平面直角坐标系 xOy 中,记二次函数 $\mathrm{f}(\mathrm{x})=\mathrm{x}^{2}+2 \mathrm{x}+\mathrm{b}(\mathrm{x} \in \mathrm{R})$ 与两坐标轴有三个交点。经过三个交点的圆记为C。
(1)求实数 b 的取值范围;
(2)求圆 C 的方程;
(3)问圆 C 是否经过定点(其坐标与 b 的无关)?请证明你的结论。
见解析
(1)由题意,二次函数 $f(x)=x^2+2x+b$ 的图象与两坐标轴有三个交点。
首先,令 $x=0$,得 $y=b$,即抛物线与 $y$ 轴的交点为 $(0, b)$。若 $b=0$,则交点为原点 $(0,0)$,此时抛物线与 $x$ 轴的一个交点也是原点,总共只有两个交点(原点和另一个 $x$ 轴交点),不合题意,故 $b \neq 0$。
其次,抛物线与 $x$ 轴必须有两个不同的交点。令 $f(x)=0$,即 $x^2+2x+b=0$。
该方程需有两个不相等的实数根,故判别式 $\Delta > 0$。
$$ \Delta = 2^2 - 4 \times 1 \times b = 4 - 4b > 0 $$
解得 $b < 1$。
综上所述,实数 $b$ 的取值范围是 $b < 1$ 且 $b \neq 0$。
(2)设圆 $C$ 的一般方程为 $x^2 + y^2 + Dx + Ey + F = 0$。
圆 $C$ 经过抛物线与坐标轴的三个交点。
抛物线与 $x$ 轴的交点满足 $y=0$ 且 $x^2+2x+b=0$。
在圆的方程中令 $y=0$,得 $x^2 + Dx + F = 0$。
由于这两个方程描述的是相同的 $x$ 轴交点,对比系数可得:
$$ D = 2, \quad F = b $$
此时圆的方程变为 $x^2 + y^2 + 2x + Ey + b = 0$。
抛物线与 $y$ 轴的交点为 $(0, b)$。将该点坐标代入圆的方程:
$$ 0^2 + b^2 + 2(0) + E(b) + b = 0 $$
$$ b^2 + Eb + b = 0 $$
因为 $b \neq 0$,两边同除以 $b$,得:
$$ b + E + 1 = 0 \implies E = -(b+1) $$
所以,圆 $C$ 的方程为:
$$ x^2 + y^2 + 2x - (b+1)y + b = 0 $$
(3)圆 $C$ 经过定点。证明如下:
将圆 $C$ 的方程整理为关于参数 $b$ 的形式:
$$ x^2 + y^2 + 2x - y - b(y - 1) = 0 $$
若圆 $C$ 经过与 $b$ 无关的定点 $(x_0, y_0)$,则上述方程对任意满足条件的 $b$ 恒成立。
这意味着 $b$ 的系数必须为 0,且剩余部分也为 0。即:
$$ \begin{cases} y_0 - 1 = 0 \\ x_0^2 + y_0^2 + 2x_0 - y_0 = 0 \end{cases} $$
由第一个方程得 $y_0 = 1$。
将 $y_0 = 1$ 代入第二个方程:
$$ x_0^2 + 1^2 + 2x_0 - 1 = 0 $$
$$ x_0^2 + 2x_0 = 0 $$
$$ x_0(x_0 + 2) = 0 $$
解得 $x_0 = 0$ 或 $x_0 = -2$。
因此,定点坐标为 $(0, 1)$ 和 $(-2, 1)$。
经检验,当 $x=0, y=1$ 时,$0+1+0-(b+1)+b = 1-b-1+b=0$,成立;
当 $x=-2, y=1$ 时,$4+1-4-(b+1)+b = 1-b-1+b=0$,成立。
故圆 $C$ 必过定点 $(0, 1)$ 和 $(-2, 1)$。
只讲你不懂的那一步,不用把整道题重讲一遍。答案和完整解析就在上面,不用聊天也能看。
可以再试一道相同方法、不同题面的题,确认是否真正掌握。
用 3 道相关题确认基础和中等变式会到哪一步。