每日一题[249] 曲线系

含有可变参数\(\lambda\)的方程\(F_{\lambda}\left(x,y\right)=0\)表示的一系列曲线,我们称之为曲线系.曲线系可以看做是曲线随着可变参数的变化而运动所形成的图形.如平行直线系\(2x-y+\lambda=0\)表示所有斜率为\(2\)的直线;同心圆系\(x^2+y^2=\lambda^2\)表示圆心在原点的所有圆(原点看作特殊的圆).探索曲线系(以直线系和圆系最为常见)中是否存在某种特殊图形是高考中经常考查的重点和难点.解决此类问题的关键是准确理解曲线系的形成过程,从而把握曲线系的性质.

已知圆\(M\):\((x+\cos \theta)^2+(y-\sin\theta)^2=1\),直线\(y=kx\),下面四个命题:

① 对任意实数\(k\)与\(\theta\),直线\(l\)和圆\(M\)相切;

② 对任意实数\(k\)与\(\theta\),直线\(l\)和圆\(M\)有公共点;

③ 对任意实数\(\theta\),必存在实数\(k\),使得直线\(l\)和圆\(M\)相切;

④ 对任意实数\(k\),必存在实数\(\theta\),使得直线\(l\)与圆\(M\)相切.

其中真命题的代号是______.(写出所有真命题的代号)


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正确的答案是 ②④.

解    圆\(M\)表示半径为\(1\),圆心为\(\left(-\cos\theta,\sin\theta\right)\)的圆,随着参数\(\theta\)的变化,圆\(M\)的圆心在单位圆上运动.

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直线\(y=kx\)表示过原点且斜率存在(为\(k\))的直线.因此对四个命题有以下判断:

① 可能相切,也有可能相交;

② 原点必然为公共点;

③ 由于直线系中缺失\(y\)轴,于是当圆心为\(\left(\pm 1,0\right)\)时,不存在形如“\(y=kx\)的方程所表示的直线\(l\)与圆\(M\)相切;

④ 对任何一条直线系中的直线,只需要过原点作其垂线与单位圆相交,取圆系中以交点为圆心的圆即得.

因此不难得到正确答案为 ②④.

最后给出一道练习.

设直线系\(M\):\(x\cos\theta+(y-2)\sin\theta=1\),\(0\leqslant\theta\leqslant 2\mathrm{\pi}\),对于下列四个命题:

① \(M\)中所有直线均经过一个定点;

② 存在定点\(P\)不在\(M\)中的任一条直线上;

③ 对于任意整数\(n\)(\(n\geqslant 3\)),存在正\(n\)边形,其所有边均在\(M\)中的直线上;

④ \(M\)中的直线所能围成的正三角形面积都相等.

其中真命题的代号是_____(写出所有真命题的代号).

答案    ②③.

提示    注意到点\((0,2)\)到直线\(M\)的距离为\[\dfrac{\left|0\cdot\cos\theta+\left(2-2\right)\cdot\sin\theta-1\right|}{\sqrt{\cos^2\theta+\sin^2\theta}}=1\]为定值,于是直线系为圆\(x^2+\left(y-2\right)^2=1\)的切线系.

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④ 是容易判断为真的命题,事实上,图中的圆可能为正三角形的内切圆,也有可能为正三角形的旁切圆.

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