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用判别式判断交点情况

你算判别式毫无困难,但题目要先弄清楚该把它用在哪一个方程上。

本页内容
  1. 为什么判别式能决定交点个数?
  2. 怎样列式?
  3. 例题
  4. 要提防的错误
  5. 自我检测
  6. 接下来学什么

要判断直线与曲线如何相遇,先令两者的方程相等,整理成二次方程等于零,再看 b² − 4ac(判别式,discriminant)。为正表示有两个交点,为零表示直线与曲线相切,为负表示没有交点。

这项技能属于二次函数结构与判别式,在解联立方程和含参数的题目时会再次用到。

为什么判别式能决定交点个数?

直线与曲线相遇处的 x 坐标,就是“直线 = 曲线”的解,这是一个关于 x 的二次方程。二次公式里含有 b² − 4ac 的平方根,所以这个数的正负决定平方根是否存在,以及两个值是否合并成一个。

要分类,并不需要真的求出交点。这在只问“相交几次”或“k 取何值时”的题目中能节省时间。

怎样列式?

  1. 令直线与曲线的方程相等。
  2. 把所有项移到一边,使方程成为 ax² + bx + c = 0。
  3. 写出 a、b、c,连同符号,包括 k 这样的字母。
  4. 写出 b² − 4ac 并化简。
  5. 套用规则: 大于 0 有两个交点,等于 0 相切,小于 0 没有交点。

例题

曲线是 y = x² − 4x + 5,直线是 y = 2x + k。求 k 取何值时直线与曲线有两个不同的交点;并求相切时的切点。

第 1 步,令相等: x² − 4x + 5 = 2x + k。

第 2 步,整理: x² − 6x + (5 − k) = 0。

第 3 步,确定系数: a = 1,b = −6,c = 5 − k。

第 4 步,判别式: (−6)² − 4(1)(5 − k) = 36 − 20 + 4k = 16 + 4k。

第 5 步,套用规则: 有两个交点需 16 + 4k > 0,即 k > −4。k = −4 时相切。k < −4 时没有交点。

k = −4 时的切点: x² − 6x + 9 = 0,即 (x − 3)² = 0,x = 3。于是 y = 2(3) − 4 = 2。

检查: 曲线在 x = 3 时为 9 − 12 + 5 = 2。两者一致,所以切点是 (3, 2)。

要提防的错误

常见的失误是在移项之前就读取 a、b、c。

错误做法: x² − 4x + 5 = 2x + k,所以 a = 1,b = −4,c = 5 − k,得 16 − 4(5 − k) = 4k − 4。k = 1 时相切。

右边的 2x 没有和 −4x 合并,所以 b 是错的。

检验这个答案:k = 1 时方程是 x² − 6x + 4 = 0,判别式是 36 − 16 = 20,不是 0。纠正的办法是先完全化简成“= 0”,再读取任何系数。

自我检测

1. 直线 y = x − 2 与曲线 y = x² + 3x + 1 相交吗?

显示答案

x² + 3x + 1 = x − 2 得 x² + 2x + 3 = 0。判别式是 2² − 4(1)(3) = 4 − 12 = −8,为负,所以直线与曲线不相交。

2. y = 3x² − 2x − 1 与 x 轴相交几次?

显示答案

令 y = 0。判别式是 (−2)² − 4(3)(−1) = 4 + 12 = 16,为正。所以相交两次。检查:根是 (2 ± 4)/6 = 1 和 −1/3。

3. 直线 y = 2x + k 与曲线 y = x² − 2x + 6 相遇。求直线与曲线相切时的 k,以及切点。

显示答案

x² − 2x + 6 = 2x + k 得 x² − 4x + (6 − k) = 0。判别式是 16 − 4(6 − k) = 4k − 8。相切时 k = 2。此时 x² − 4x + 4 = 0,x = 2,y = 2(2) + 2 = 6。切点是 (2, 6)。检查:曲线在 x = 2 时为 4 − 4 + 6 = 6。

接下来学什么

接着做解重根的参数条件,把同样的思路用在含字母的方程上。二次函数结构探索器会同时显示判别式和图像,不用计算器的步骤训练器则帮你保持运算精确。

如果丢分的地方是列式这一步,我们的老师可以在线上一对一附加数学补习中和你一起处理你自己的题目。

常见问题

判别式告诉我们什么?

对 ax² + bx + c = 0,b² − 4ac 的值决定实根的个数。为正表示有两个不同的实根,为零表示有一个重根,为负表示没有实根。对直线与曲线来说,分别对应两个交点、相切,或没有交点。

为什么求判别式之前必须先整理成等于零?

因为 a、b、c 是从 ax² + bx + c = 0 这个形式读出来的。如果还有项在等号另一边,你读到的系数就是错的,算出来的值也会错。先令直线与曲线相等,把所有项移到一边,化简,再确定 a、b、c。

相切和相交有什么区别?

相切是直线只碰到曲线一个点,所以联立后的方程有重根,判别式为零。相交是直线穿过曲线,有两个交点,判别式为正。两者都与曲线有接触,但相切是“穿过”与“碰不到”之间的边界情形。

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下一步

如果你懂判别式的规则,却在列式这一步丢分,一对一的老师可以看你的解题过程,在用公式之前就指出方程是在哪里出错的。

一小时付费试听课,按所安排老师确认的收费,RM80 起。 其他费用、时间安排及后续课程,在试听课后由家长与老师直接确认。

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