本题导读
本题考查圆的标准方程,以及直线与圆的位置关系。
📌【题干】
Question
(2022年上海卷) 设集合 。
①存在直线 ,使得集合 中不存在点在 上,而存在点在 两侧;
②存在直线 ,使得集合 中存在无数点在 上;()
A. ①成立②成立 B. ①成立②不成立
C. ①不成立②成立 D. ①不成立②不成立
🔍【思路分析】
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首先,需要对集合 的几何意义进行“翻译”:
方程 代表了一族圆。
圆心坐标:,显然圆心都在抛物线 上。
圆的半径:。
参数 : 是整数()。
集合 实际上就是平面上无数个这样的“离散圆”上的所有点的集合。
解题的核心在于研究随着 的增大,圆心的位置变化与圆的半径变化之间的相对速度(增长量级)。
✅【答案】
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B
✍【详细解析】
Abstract
命题①分析:
命题①的意思是:能不能找到一条直线,它巧妙地穿过了这群圆的缝隙(不与任何圆相交),并且把这群圆分成了两部分(直线两侧都有圆)?
随着 (或者 足够大时),相邻两个圆 和 的圆心距离为:
(量级为一次方)。
而相邻两个圆的半径之和为:
(量级为二分之一次方)。
因为 的增长速度远远大于 ,所以当 足够大时,相邻圆之间的距离远大于它们的半径之和,相邻圆会完全分离,且中间的缝隙越来越大。
既然缝隙越来越大,我们完全可以在两个互不相交的圆(例如 和 )之间画一条直线 ,使得它不碰到任何圆,且 和 分列于直线两侧。
因此,命题①成立。
命题②分析:
命题②的意思是:能不能找到一条直线,它能与集合 产生无数个交点?
一条直线与一个固定的圆最多只有 个交点。如果这条直线要与集合 产生无数个交点,它必须与无数个圆相交。
假设存在这样一条直线 (即 )。
圆心 到这条直线的距离 为:
直线 要与圆 相交,必须满足 ,即:
观察这个不等式:当 趋向于无穷大时,左边绝对值里的起决定性作用的是二次项 ,所以左边点到直线的距离 呈二次方(平方)量级增长。
而右边的半径 只是呈二分之一次方量级增长。
显然,平方级的增长速度要远远碾压开方级的增长速度。因此,当 大到一定程度后,必然有 ,即圆心到直线的距离远大于半径,直线根本碰不到这些远处的圆。
也就是说,任何一条确定的直线,都只能穿过中心区域有限个圆,绝不可能与无数个圆相交。 既然只与有限个圆相交,交点总数必然是有限的。
因此,命题②不成立。
综上所述,①成立,②不成立。
故选:B。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
轨迹与量级思想的结合:这道题看似考查解析几何,实则考查了微积分前置概念中的“增长率(量级)比较”。
抛物线 的发散速度是 。
半径 的发散速度是 。
直线的发散速度是 。
记住:二次方级别 一次方级别 开方级别。直线(一次)永远追不上抛物线(二次),所以直线无法贯穿无数个圆。
集合语言的转化:“集合中不存在点在 上” “直线与所有的圆均相离”;“存在无数点在 上” “直线与无数个圆相交”。做题时第一步先完成这种翻译。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:待补
结论推广:待补
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