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答疑:椭圆与圆的交点个数问题

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在平面解析几何中经常用到直线与圆锥曲线的位置关系,不考虑圆锥曲线的种类我们可以统一用判别式来处理,当然在圆的知识点中也会判断圆与圆的位置关系,此时用到是半径与圆心距离进行比较,能否利用判别式来判断曲线与曲线之间的位置关系(交点个数)呢?

以下题为例:

如果直接将两式联立消去其中一个未知数,可得:

可以看出判别式恒正,但是从实际作图来看,椭圆与圆的交点并不只有相交一种情况,也就是说单纯的判别式无法判断出曲线之间的交点个数,原因很简单,若上式化简成关于x的二次方程恒有两个根,但是此时对应的y并不一定也有两个根,在确保x根的前提下不能保证y也满足上面等式,因此在此类问题中万不可直接使用判别式,以下题为例

上述过程用到了双判别式,也是处理此类问题的常用做法。

关于曲线与曲线交点个数的问题,刨去圆之外单纯考查这个知识点的题目并不多,在2016年浙江高考解析几何中就出现了一道类似的题目,之所以会写这个小专题,是因为昨天有个学生问了一个与浙江卷很类似的题目,浙江卷的那个题目在此不说了,可以自行查看高考标准答案,说一下这个学生提出的问题:

由于图形的对称性可知,若存在交点,则交点关于y轴对称,我们只考虑y轴右侧的部分,题目转化为圆与椭圆在y轴右侧至多有一个交点,设Q点是椭圆上且在y轴右侧的点

若在y轴右侧存在两个点,若把上式|PQ|的式子看做关于y0的函数,则会存在两个零点y1,y2使得f(y1)=f(y2),若只有一个点,则在y可移动的范围内函数必定单调。

所以我们可把曲线与曲线的交点个数转化为函数根的个数来处理,在上题中因为圆与椭圆的交点个数可能为0,1,2,3,4,让求的是至多2个交点,此时若采用补集的思想反而不好做,若题目转化为至多有3个交点,那么采用补集求出恰好有4个交点时的m值范围,再取对立面即可。

此类问题较为少见,也算是给同学们提个醒了。

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