Tài liệu Skkn khảo sát sự tương giao của đường tròn và đường thẳng để giải hệ, phương trình, bất phương trình có tham số

I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. To¸n häc cã vai trß vµ vÞ trÝ ®Æc biÖt quan träng trong khoa häc kÜ thuËt vµ ®êi sèng, gióp con ngêi tiÕp thu mét c¸ch dÔ dµng c¸c m«n khoa häc kh¸c cã hiÖu qu¶. Th«ng qua viÖc häc to¸n, häc sinh cã thÓ n¾m v÷ng ®îc néi dung to¸n häc vµ ph¬ng ph¸p gi¶i to¸n, tõ ®ã vËn dông vµo c¸c m«n häc kh¸c nhÊt lµ c¸c m«n khoa häc tù nhiªn. H¬n n÷a To¸n häc cßn lµ c¬ së cña mäi ngµnh khoa häc kh¸c, chÝnh v× thÕ to¸n häc cã vai trß quan träng trong trêng phæ th«ng, nã ®ßi hái ngêi thÇy gi¸o mäi sù lao ®éng nghÖ thuËt s¸ng t¹o ®Ó cã ®îc nh÷ng ph¬ng ph¸p d¹y häc gióp häc sinh häc vµ gi¶i quyÕt bµi to¸n. Với một bài toán cụ thể, tìm ra nhiều cách giải khác nhau thì quả là phong phú và thú vị..có cách giải làm cho bài toán đơn giản hơn, đưa từ bài toán lạ thành bài toán quen thì thật là ấn tượng . Việc rèn luyện kĩ năng giải toán cho học sinh là việc làm thường xuyên và quan trọng của người dạy toán.Trong Toán học có nhiều đề tài rất lý thú, rất thiết thực cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi và ôn thi vào Đại học. Trong bài viết này tôi chọn đường tròn và khai thác một phần nhỏ về ứng dụng của nó. Trong chương trình hình học 10, các em đã được tiếp cận với đường tròn, sự tương giao của một đường tròn với đường thẳng. Đường tròn là một trong những phần quan trọng trong chương trình Toán THPT và ta thường bắt gặp những bài toán về đường tròn trong các đề thi đại học. Đề tài về đường tròn có rất nhiều bài toán hay. Có những bài nhìn qua không có màu sắc gì về đường tròn nhưng ta có thể áp dụng đường tròn để giải quyết. Trong khuôn khổ bài viết này , tôi chỉ nêu ra những ví dụ về việc sử dụng phương trình và các tính chất của đường tròn để giải và biện luận hệ, phương trình, bất phương trình có chứa tham số. Dĩ nhiên những bài toán này có thể dùng phương pháp đại số để làm nhưng tương đối phức tạp đối với học sinh. Yêu cầu của các bài toán này thường là: Tìm giá trị của tham số để phương trình, hệ phương trình có nghiệm duy nhất, có nghiệm. Thực tế cho thấy khi các em làm những dạng toán này thường là các em còn lúng túng và không xét hết các trường hợp của tham số, và còn mắc những sai lầm không đáng có. Tuy nhiên trong một số bài tập nếu ta sử dụng phương trình và tính chất của đường tròn (hình tròn) trong mặt phẳng tọa độ để khảo sát sự tương giao giữa các hình thì bài toán nói trên trở nên đơn giản hơn rất nhiều. Năm học 2010-2011, tôi được phân công trực tiếp giảng dạy các lớp 10. Tuy là các lớp chọn khối A, nhưng đa số học sinh nhận thức còn chậm, kĩ năng làm bài còn 1 kém, tư duy chưa rõ ràng. Chính vì thế mà mỗi lần lên lớp, bản thân tôi rất trăn trở, làm thế nào để truyền đạt cho các em dễ hiểu? Dạy cho các em những kĩ năng làm toán cơ bản nhất và đặc biệt cần có phương pháp cụ thể cho từng dạng toán để học sinh nắm được bài tốt hơn. Từ lý do chọn đề tài, từ cơ sở thực tiễn giảng dạy khối lớp 10 ở trường THPT, cùng với kinh nghiệm trong thời gian giảng dạy Tôi đã tổng hợp , khai thác và hệ thống hoá lại các kiến thức thành một chuyên đề: “Khảo sát sự tương giao của đường tròn và đường thẳng để giải hệ, phương trình, bất phương trình có tham số”. Qua nội dung của chuyên đề này tôi mong muốn sẽ cung cấp cho học sinh một phương pháp và một số kỹ năng cơ bản và biết đưa bài toán từ ngôn ngữ đại số về ngôn ngữ hình học để giải. Học sinh thông hiểu và trình bày bài toán đúng trình tự, đúng logic, không mắc sai lầm khi biến đổi. Hy vọng với đề tài nhỏ này sẽ giúp các bạn đồng nghiệp cùng các em học sinh có một cái nhìn toàn diện cũng như phương pháp giải một lớp các bài toán về giải phương trình, bất phương trình vô tỷ,hệ phương trình, hệ chứa bất phương trình có chứa tham số bằng việc xét sự tương giao giữa đường tròn và đường thẳng. II.NỘI DUNG. Bài 1: Tìm a để hệ sau có nghiệm duy nhất:  x 2  y 2  2 x 2(1)   x  y  a 0(2) Lời giải: Ta có (1)  ( x  1)2  y 2 3 .Bất phương trình này biểu diễn hình tròn tâm I(1;0) bán kính R= 3 trên mặt phẳng tọa độ Oxy. Phương trình (2) biểu diễn một đường thẳng . Để hệ có nghiệm duy nhất thì đường thẳng : x  y  a 0 tiếp xúc với đường tròn có phương trình:  x  1  2  y 2 3  d  I ,   R 1 0  a 2  a  1   3 6; a  1  6 Bài 2:Tìm a để hệ sau có nghiệm duy nhất: 2  x  y  2 xy  m m   x  y 1 Lời giải : Hệ trên tương đương với 2  2 xy  m 1   x  y   2 xy  m  1   x  y      x  y 1  x  y 1  x  1 2   y  1 2 m  1 3    x  y 1 4  Với m+1  0 hay m 1 hệ vô nghiệm. Với m+1 > 0 hay m>-1, BĐT(3) biểu diễn hình tròn tâm I(1;1),bán kính R= m  1 trên mặt phẳng tọc độ Oxy.. BPT(4) biểu diễn nửa mặt phẳng bờ là đường thẳng x+y=1.Hệ có nghiệm duy nhất khi và chỉ khi đường thẳng x+y=1 tiếp xúc với đường tròn  x  1 khi đó 2 2   y  1 m  1 1 1  m  1  m  2 2 Bài 3: Tìm a để hệ sau có nghiệm: 4 x  3 y  2 0  2 2  x  y a Lời giải: Nếu a 0 hệ vô nghiệm. Nếu a> 0 thì số nghiệm của hệ (nếu có) là số giao điểm của nửa mặt phẳng biểu diễn bởi 4x-3y+2  0 và đường tròn tâm 0 (0;0) bán kính R= a .Vậy hệ có nghiệm khi và chỉ khi a OH  a  4 (với H là chân đường vuông góc hạ từ O xuống 25 đường thẳng 4x-3y+2= 0) Bài 4: Cho hệ: 3  x  1 2   y  1 2 2(5)   x  y  m 0(6) Xác định m để hệ nghiệm đúng với mọi x   0; 2 . Lời giải: Tập hợp các điểm (x;y) thỏa mãn (5) là các điểm nằm trong và trên đường tròn  x  1 2 2   y  1 2 với tâm I(1;1) bán kính R  2 .Tập hợp các điểm 9x;y) thỏa mãn (6) là các điểm nằm trên đường thẳng  có phương trình : x-y+m=0. Gỉa sử A  sao cho x A 0 thì A(0;m); B   sao cho xB 2 thì B(2;2+m). Đế hệ có nghiệm với mọi x   0; 2 thì đoạn thẳng AB nằm trong đường tròn(I;R).Lúc đó  IA R    IB R  0  1 2   m  1 2 2  m 0  2 2  2  1   2  m  1 2 Bài 5: Cho hệ phương trình  x 2  y 2  x 0(7)   x  ay  a 0(8) Tìm a để hệ có hai nghiệm phân biệt. 2 1 1  Lời giải: Pt(7)   x    y 2  . 2 4  1 2   Vậy tập nghiệm của Pt(7) là tọa độ những điểm nằm trên đường tròn tâm I  ;0  bán kính R=  1 .Tập nghiệm của pt(8) là tọa độ những điểm nằm trên đường thẳng 2 x+ay-a=0. Họ đường thẳng này luôn di qua điểm A(0;1) cố định.Ta có A nằm ngoài đường tròn (I;R), từ A dựng hai tiếp tuyến với đường tròn (I;R). 4 3 Phương trình tiếp tuyến đó là: x=0 và x  y  4 0 cũng luôn đi qua A(0;1). 3 4 Để hệ có hai nghiệm phân biệt thì đường thẳng x+ay-a=0 phải cắt đường tròn (I;R) tại hai điểm phân biệt . Vậy đường thẳng x+ay-a=0 phải nằm giữa hai tiếp tuyến trên Lúc đó 0 0  m  2 . Vậy để phương trình đã cho có nghiệm thì  1 m  2 . Từ bài toán trên ta có thể phát triển thành bài toán sau Bài 7: Tìm GTLN của hàm số: 5 y  x  a  x 2 (a  0) Lời giải: Đặt t  a 2  x 2  x 2  t 2 a 2 và x+t-y=0 Vậy hệ sau có nghiệm  x 2  t 2 a 2 (1)   x  t  y 0(2) suy ra khoảng cách từ tâm đường tròn(1) đến đường thẳng (2) nhỏ hơn hoặc bằng bán kính  y 2  x= a   2a  y  2a  max y a 2 a 2 Bài 8: Hãy biện luận số nghiệm của hệ sau theo m.  x  y 4(1)  2 2 2  x  y m (2) + m=0 thì hệ vô nghiệm. + m 0 ta có: Số nghiệm của hệ là số giao điểm của đường tròn x 2  y 2 m 2 và đường thẳng    : x  y 4 có d(O,   )  4 2 2 2 . Vậy ta có: + Nếu m  2 2 hệ vô nghiệm. + Nếu m 2 2 thì hệ có nghiệm duy nhất:  x 2   y 2 +Nếu m  2 2 thì hệ có hai nghiệm phân biệt. 6 Bài 9: Tìm a để bất phương trình sau có nghiệm a  x  x  a  a (a  0)( I ) Lời giải: Đặt u  a  x  điều kiện u,v 0 v  a  x Khi đó bất phương trình chuyển thành hệ: u  v  a (1)  2 2 u  v 2a (2) + (1) là tập những điểm nằm phía trên (d): u+v=a + (2) là tập những điểm trên cung tròn như hình trên (C) : u2+v2=2a Do đó để (I) có nghiệm thì d(O,(d)) - Xem thêm -