2022 新高考Ⅱ卷 - 第15题 (填空题)

直线对称性与直线与圆的位置关系
前置知识回顾:公式与定理 (点击展开)
  • 点关于水平直线对称: 点 \( (x_0, y_0) \) 关于直线 \( y = a \) 的对称点为 \( (x_0, 2a - y_0) \)。
  • 直线与圆有公共点判据: 圆心到直线的距离小于等于半径:\( d = \frac{|Ax_0 + By_0 + C|}{\sqrt{A^2 + B^2}} \le r \)。

15. 设点 \( A(-2, 3), B(0, a) \),若直线 \( AB \) 关于 \( y = a \) 对称的直线与圆 \( (x + 3)^2 + (y + 2)^2 = 1 \) 有公共点,则 \( a \) 的取值范围是________.

基于数学引擎的绝对精确动态绘图

思路与规范推导

破题思路全景图

求对称点:B(0, a) 自带对称,A(-2, 3) 关于 y=a 对称点为 A'(-2, 2a - 3)
求对称直线 l' 斜率:k = (a - (2a-3))/(0 - (-2)) = (3 - a)/2
写出直线一般式:(3 - a)x - 2y + 2a = 0
点到直线距离公式:圆心 (-3, -2) 到直线的距离 d ≤ 1
平方化简得一元二次不等式:6a² - 11a + 3 ≤ 0,解得 [1/3, 3/2]

单行道严密推导流

点击查看严密推导过程

第一步:求对称直线方程

因为点 \( B(0, a) \) 本身就在对称轴 \( y = a \) 上,所以其对称点就是它自身。

点 \( A(-2, 3) \) 关于直线 \( y = a \) 对称的点 \( A' \) 横坐标不变,纵坐标满足:

\[ \frac{3 + y_{A'}}{2} = a \implies y_{A'} = 2a - 3 \]

故 \( A'(-2, 2a - 3) \)。

对称直线 \( l' \) 经过 \( B(0, a) \) 和 \( A'(-2, 2a - 3) \),其斜率为:

\[ k = \frac{a - (2a - 3)}{0 - (-2)} = \frac{3 - a}{2} \]

直线 \( l' \) 的方程为:

\[ y - a = \frac{3 - a}{2}(x - 0) \implies (3 - a)x - 2y + 2a = 0 \]

第二步:根据圆相交条件建立距离不等式

圆 \( (x + 3)^2 + (y + 2)^2 = 1 \) 的圆心为 \( C(-3, -2) \),半径 \( r = 1 \)。

直线与圆有公共点,等价于圆心到直线的距离 \( d \le r = 1 \):

\[ d = \frac{|(3 - a)(-3) - 2(-2) + 2a|}{\sqrt{(3 - a)^2 + (-2)^2}} = \frac{|-9 + 3a + 4 + 2a|}{\sqrt{a^2 - 6a + 9 + 4}} = \frac{|5a - 5|}{\sqrt{a^2 - 6a + 13}} \le 1 \]

第三步:两边平方去绝对值并因式分解

\[ (5a - 5)^2 \le a^2 - 6a + 13 \implies 25(a - 1)^2 \le a^2 - 6a + 13 \]
\[ 25a^2 - 50a + 25 \le a^2 - 6a + 13 \implies 24a^2 - 44a + 12 \le 0 \]

两边同除以 4:

\[ 6a^2 - 11a + 3 \le 0 \]

因式分解得:

\[ (2a - 3)(3a - 1) \le 0 \implies \frac{1}{3} \le a \le \frac{3}{2} \]

因此 \( a \) 的取值范围是 \( \left[\frac{1}{3}, \frac{3}{2}\right] \)。

易错分水岭警示

对称点纵坐标公式搞错: 算成 \( a - 3 \),导致直线方程全错。

因式分解算错根: 在十字相乘 \( 6a^2 - 11a + 3 \) 时符号看错,解成相反区间。

最终答案核对

解析阅读完毕,点击核对最终答案
[1/3, 3/2]

核心模型与结论

几何直线对称转化与圆相切判据模型:动点在动直线上时,优先将点对称转化为直线斜截式 \( (3-a)x - 2y + 2a = 0 \),再通过点线距离公式化为标准二次不等式求解。

易错警示与避坑

直接设直线点斜式联立方程计算量爆炸!必须使用几何法 \( d \le r \),绝对不可硬联立代数方程求判别式。

高分技法与秒杀

十字相乘秒解:化到 \( 6a^2 - 11a + 3 \le 0 \),十字相乘 \( (2a - 3)(3a - 1) \le 0 \),两根一目了然 \( \frac{1}{3} \) 和 \( \frac{3}{2} \),区间直接闭合锁定!

诊断与进阶指南

请勾选您在解答此题时遇到的问题或诉求,一键反馈给Ai老师:

上一题 返回试卷导航 下一题