∫π每天一道数学题
凡事预则立,不预则废。——《中庸》

已知圆 C1:(x+1)2+y2=1C_1:(x+1)^2+y^2=1,圆 C2:(x1)2+y2=1C_2:(x-1)^2+y^2=1,圆 C3:x2+(y3)2=1C_3:x^2+(y-\sqrt{3})^2=1,直线 l:y=kx+bl:y=kx+bC1C_1C2C_2C3C_3 均有两个交点,记 llC1C_1C2C_2C3C_3 截得的弦长分别为 s1s_1s2s_2s3s_3,则

A. kk 可以取任意实数

B. 满足 s1=s2=s3s_1=s_2=s_3 的直线 ll 共有 33

C. 满足 s1+s2+s3=3s_1+s_2+s_3=3 的直线 ll 多于 33

D. 当 b=0b=0 时,s1+s2+s3s_1+s_2+s_3 的最大值为 2213\frac{2\sqrt{21}}{3}

参考解析

三个圆的圆心分别为 O1(1,0)O_1(-1,0)O2(1,0)O_2(1,0)O3(0,3)O_3(0,\sqrt{3}),半径均为 r=1r=1

对选项 A:直线 l:y=kx+bl:y=kx+b 要与三个圆都有两个交点,需满足圆心到直线的距离均小于 11。即

k+bk2+1<1\frac{|-k+b|}{\sqrt{k^2+1}} < 1k+bk2+1<1\frac{|k+b|}{\sqrt{k^2+1}} < 13k+bk2+1<1\frac{|\sqrt{3}k+b|}{\sqrt{k^2+1}} < 1

kk 很大时(如 k+k \to +\infty),第一个条件要求 b1<1+1k21|b-1| < \sqrt{1+\frac{1}{k^2}} \to 1,第二个要求 b+1<1|b+1| < 1,第三个要求 3+bk<1|\sqrt{3}+\frac{b}{k}| < 1(不满足当 kk 很大时)。因此 kk 不能取任意值,A 错误。

对选项 B:由对称性,C1C_1C2C_2 关于 yy 轴对称。要使 s1=s2s_1=s_2,直线应关于 yy 轴对称(即 k=0k=0 或直线过原点)。结合 s1=s3s_1=s_3 的条件,可分析出满足三条弦长相等的直线恰好 33 条,B 正确。

对选项 D:当 b=0b=0 时,l:y=kxl:y=kx 过原点。弦长 si=2r2di2s_i = 2\sqrt{r^2 - d_i^2},其中 did_i 为圆心到直线的距离。d1=kk2+1=kk2+1d_1 = \frac{|-k|}{\sqrt{k^2+1}} = \frac{|k|}{\sqrt{k^2+1}}d2=kk2+1d_2 = \frac{|k|}{\sqrt{k^2+1}}d3=3kk2+1=3kk2+1d_3 = \frac{|\sqrt{3}k|}{\sqrt{k^2+1}} = \frac{\sqrt{3}|k|}{\sqrt{k^2+1}}

s1+s2+s3=41k2k2+1+213k2k2+1=4k2+1+21k2k2+1s_1+s_2+s_3 = 4\sqrt{1-\frac{k^2}{k^2+1}} + 2\sqrt{1-\frac{3k^2}{k^2+1}} = \frac{4}{\sqrt{k^2+1}} + 2\sqrt{\frac{1-k^2}{k^2+1}}

k<1|k|<1 时有效。令 t=k2+1(1,2]t = \sqrt{k^2+1} \in (1,\sqrt{2}],分析最大值可得 D 正确。

答案是 B、D。

这道题的解析对你有帮助吗?