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

  1. 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。

  2. 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

  1. 试题探源:待补

  2. 结论推广:待补

🔗【关联脉络】

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