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巧用“粗”直线解决一类零点个数问题

2021-11-03朱亮亮

数学教学通讯·高中版 2021年8期

[摘  要] 文章研究了夹在两条直线之间的条形区域表示的“粗”直线在解决交点(零点或解)的个数问题上的应用,并在此基础上锻炼学生的创造性思维.

[关键词] “粗”直线;条形区域;零点个数

有道小学趣味题:画一条直线,把图形(如图1)分成两个三角形.

答案出乎意料,是画一条很粗的直线(如图2). 结果似乎很滑稽,与其说是数学题,不如说是脑筋急转弯,但想法确实很新奇,突破了思维定式.

其实在平时教学中经常会遇到一些所谓的“粗”直线,本文通过研究教学过程中遇到的类似问题来一起感受“粗”直线的魅力!

例1:若不等式0≤x2-ax+a≤1有唯一解,则a的值为________.

表面上平淡无奇,不过就是两个一元二次不等式的交集问题,实际上仔细思考,此题可以化归为一条“粗”直线0≤y≤1和函数y=x2-ax+a的交点个数问题. 当“粗”直线的上沿与二次函数相切时,恰有一个交点,即不等式有唯一解. 如图3所示.

略解:x2-ax+a=1有且只有一个根,x2-ax+a-1=0,Δ=a2-4(a-1)=0,解得a=2.

例2:(2011江苏卷第14题)设集合A=

(x,y)

≤(x-2)2+y2≤m2,x,y∈R

,B={(x,y)

2m≤x+y≤2m+1,x,y∈R},若A∩B≠,则实数m的取值范围是____.

为保证A∩B≠,则首先保证A和B都不空,集合A中≤m2,则m≤0或m≥,集合B不空.

通过分析,可以发现集合B表示夹在直线l:x+y=2m+1和直线l:x+y=2m之间的条形区域,它的图像可以看成是一条“粗”直线.

下面就m≤0或m≥分两种情况来观察:

①m≥,集合A中的不等式表示的图像可以看成是一个圆环,如图4;

②m≤0,集合A中的不等式表示的图像可以看成是一个圆面,如图5.

因为A∩B≠,所以无论是圆环或是圆面,都只需要保证:

圆心到“粗”直线的上沿y=-x+2m+1的距离d≤大圆半径

m

;

或圆心到“粗”直线的下沿y=-x+2m的距离……

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