Рациональные системы с параметрами Часть 2: Часть 2

Математика, 10 класс

Пример 3 МГУ, механико-математический ф-т, 2006, задача устного экзамена. Найдите q все значения параметра $a$, при каждом из которых система $$ \left\{ {\begin{array}{l} \displaystyle 2xy-ax-2ay+a^2-...

Видео

Конспект

Пример 3

МГУ, механико-математический ф-т, 2006, задача устного экзамена.

Найдите q

все значения параметра $a$, при каждом из которых система

$$

\left\{ {\begin{array}{l}

\displaystyle 2xy-ax-2ay+a^2-2=0, \\

\displaystyle 4x^2+4y^2-8ax-4ay-7a^2-20a=0, \\

\end{array}} \right.

$$

имеет ровно два различных решения.

Решение. {Первое уравнение системы преобразуем с помощью группировки, а второе — методом выделения полного квадрата. Система принимает вид:

$$

\left\{ {\begin{array}{l}

\displaystyle 2y(x-a)-a(x-a)-2=0, \\

\displaystyle 4(x^2-2ax+a^2-a^2)+4(y^2-ay+\frac{a^2}{4}-\frac{a^2}{4})-7a^2-20a=0,

\end{array}} \right.\Longleftrightarrow

$$

$$

\left\{ {\begin{array}{l}

\displaystyle (2y-a)(x-a)-2=0, \\

\displaystyle 4(x-a)^2+4(y-\frac{a}{2})^2=12a^2+20a, \\

\end{array}} \right.\Longleftrightarrow

$$

}

Sys_14

\caption{К примеру 3 \label{Sys_14.eps}}

$$

\left\{ {\begin{array}{l}

\displaystyle \left( y - \frac{a}{2} \right)(x-a)=1, \\

\displaystyle (x-a)^2 + \left( y - \frac{a}{2} \right)^2=3a^2+5a. \\

\end{array}} \right.

$$

Тогда после введения новых координат $x'=x-a$ и $\displaystyle y'=y-\frac{a}{2}$ получаем систему уравнений, где первое уравнение описывает гиперболу, а второе — окружность:

$$

\left\{ {\begin{array}{l}

\displaystyle x'y'=1, \\

\displaystyle \left( x' \right)^2 + \left( y' \right)^2=3a^2+5a. \\

\end{array}} \right.

$$

Два различных решения у системы будет тогда и только тогда, когда окружность касается гиперболы в точках $ x'=1,~y'=1$ и $x'=-1,~y'=-1$

(см. рис. \ref{Sys_14.eps}), то есть когда

$$2=3a^2+5a\Longleftrightarrow a=-2 \mbox{ или } a= \frac{1}{3}.$$

Ответ: $\displaystyle \frac{1}{3}; ~ -2$.

Задача 4

МГУ, механико-математический ф-т, 2006, задача устного экзамена.

Найдите все значения параметра $a$, при каждом из которых система

$$

\left\{ {\begin{array}{l}

\displaystyle 3xy+3ax-ay-a^2-3=0, \\

\displaystyle 9x^2+9y^2-6ax+18ay+7a^2-2a-17=0 \\

\end{array}} \right.

$$

имеет ровно два различных решения.

Решение. {Первое уравнение системы преобразуем с помощью группировки, а второе — методом выделения полного квадрата. Система принимает вид:

$$

\left\{ {\begin{array}{l}

\displaystyle 3x(y+a)-a(y+a)-3=0, \\

\displaystyle (9x^2-6ax)+(9y^2+18ay)+7a^2-2a-17=0,

\end{array}} \right.\Longleftrightarrow

$$

$$

\left\{ {\begin{array}{l}

\displaystyle (3x-a)(y+a)=3, \\

\displaystyle (3x-a)^2+9(y+a)^2=3a^2+2a+17, \\

\end{array}} \right.\Longleftrightarrow

$$

$$

\left\{ {\begin{array}{l}

\displaystyle (x-\frac{a}{3})(y+a)=1, \\

\displaystyle (x-\frac{a}{3})^2+(y+a)^2=\frac{3a^2+2a+17}{9}. \\

\end{array}} \right.\Longleftrightarrow

$$

Тогда после введения новых координат $u=x-\frac{a}{3}$ и $\displaystyle v=y+a$ получаем систему уравнений, где первое уравнение описывает гиперболу, а второе — окружность:

$$

\left\{ {\begin{array}{l}

\displaystyle uv=1, \\

\displaystyle u^2 + v^2=\frac{3a^2+2a+17}{9}. \\

\end{array}} \right.

$$

Два различных решения у системы будет тогда и только тогда, когда окружность касается гиперболы в точках $ u=1,~v=1$ и $u=-1,~v=-1$, то есть когда

$$2=\frac{3a^2+2a+17}{9}\Longleftrightarrow a=-1 \mbox{ или } a= \frac{1}{3}.$$

Ответ: $\displaystyle \frac{1}{3}; ~ -1$.

Ответ: $2$; $0$.

Пример 5

МГУ, геологический ф-т, 2007 (июль), № 7(8).

Числа $x,~y,~z$ таковы, что

$$

\left\{ \begin{array}{l}

\displaystyle x+1 =z+y, \\

\displaystyle xy+z^2+14-7z = 0.

\end{array} \right.

$$

При каких значениях $z$ сумма $x^2+y^2$ максимальна? Найдите это максимальное значение.

Решение. {В данном случае $z$ играет роль параметра. Попробуем выразить через этот

параметр величину $x^2+y^2$. Систему уравнений можно преобразовать следующим образом:

$$

\left\{ \begin{array}{l}

\displaystyle x+(-y) =z-1, \\

\displaystyle x(-y) = z^2 + 14 - 7z ,

\end{array} \right.

$$

По обратной теореме Виета можно рассматривать величины $x$ и $-y$ как корни квадратного уравнения относительно $t$:

$$

t^2-(z-1)t+ \left( z^2 + 14 - 7z \right)=0.

$$

Задача сводится к нахождению суммы квадратов корней квадратного трехчлена, так как $\displaystyle x^2+y^2=x^2+(-y)^2$.

Для существования решений надо потребовать, чтобы дискриминант был неотрицательным: $$

\displaystyle D=(z-1)^2-4\left( z^2 - 7z + 14 \right)\geqslant 0 \Longleftrightarrow

z \in\left[\frac{11}{3};5\right].

$$

Далее,

$$

\begin{array}{l}

\displaystyle x^2+y^2=(x+(-y))^2-2x(-y)=(z-1)^2-2 \left( z^2 + 14 - 7z \right)=\\

\displaystyle \qquad = -z^2+12z-27. \vphantom{\int}

\end{array}

$$

На промежутке $\displaystyle z \in\left[\frac{11}{3};5\right]$ производная

$$

\displaystyle \left( - z^2 + 12z - 27 \right)'=-2z+12>0,

$$

поэтому максимальное значение $x^2+y^2=8$ достигается при значении $z=5$.

Ответ: Максимальное значение $x^2+y^2$ достигается при значении $z=5$ и равно $8$.}

Открыть урок на ВОЛНА