在平面直角坐标系 $xOy$ 中,点 $M$ 到点 $F\left(1, 0\right)$ 的距离比它到 $y$ 轴的距离多 $ 1 $.记点 $ M $ 的轨迹为 $ C $.
【难度】
【出处】
【标注】
  1. 求轨迹 $C$ 的方程;
    标注
    答案
    ${y^2} = \begin{cases}
    4x,&x \geqslant 0 ,\\
    0, &x < 0 .\\
    \end{cases}$
    解析
    利用定义或者按直译法求轨迹即可.设点 $M\left(x,y\right)$,依题意,$|MF| = |x| + 1$,即\[\sqrt {{{\left(x - 1\right)}^2} + {y^2}} = |x| + 1,\]整理得\[{y^2} = 2\left(|x| + x\right),\]所以点 $M$ 的轨迹 $C$ 的方程为\[{y^2} = \begin{cases}
    4x,&x \geqslant 0 ,\\
    0, &x < 0 .\\
    \end{cases}\]
  2. 设斜率为 $k$ 的直线 $l$ 过定点 $P\left( - 2, 1\right)$.求直线 $l$ 与轨迹 $C$ 恰好有一个公共点、两个公共点、三个公共点时 $ k $ 的相应取值范围.
    标注
    答案
    当 $k \in \left( - \infty , - 1\right) \cup \left(\dfrac{1}{2}, + \infty \right)\cup \left\{0\right\}$ 时,直线 $l$ 与轨迹 $C$ 恰有一个公共点;
    当 $k \in \left\{ - 1,\dfrac{1}{2}\right\} \cup \left[ - \dfrac{1}{2},0\right)$ 时,直线 $l$ 与轨迹 $C$ 恰有两个公共点;
    当 $k \in \left( - 1,-\dfrac{1}{2}\right) \cup \left(0,\dfrac{1}{2}\right)$ 时,直线 $l$ 与轨迹 $C$ 恰有三个公共点.
    解析
    直接利用判别式确定直线与抛物线的位置关系即可,注意对射线单独判断.在点 $M$ 的轨迹 $C$ 中,记\[\begin{split}{C_1}&:{y^2} = 4x\left(x \geqslant 0\right),\\ {C_2}&:y = 0\left(x < 0\right),\end{split}\]依题意,设直线 $l$ 的方程为 $y - 1 = k\left(x + 2\right)$,由方程组\[ \begin{cases}y - 1 = k\left(x + 2\right) ,\\
    {y^2} = 4x ,\\
    \end{cases} \]得\[k{y^2} - 4y + 4\left(2k + 1\right) = 0, \quad \cdots \cdots ① \]当 $k = 0$ 时,此时 $y = 1$,把 $y = 1$ 代入轨迹 $C$ 的方程得 $x = \dfrac{1}{4}$,
    所以此时直线 $l$ 与轨迹 $C$ 恰有一个公共点$\left(\dfrac{1}{4},1\right)$.
    当 $k \ne 0$ 时,方程 ① 的判别式为\[\Delta = - 16\left(2{k^2} + k - 1\right), \quad \cdots \cdots ② \]设直线 $l$ 与 $x$ 轴的交点为 $\left({x_0},0\right)$,则由\[y - 1 = k\left(x + 2\right),\]令 $y = 0$,得\[{x_0} =- \dfrac{2k + 1}{k}, \quad \cdots \cdots ③ \](i)若\[ \begin{cases}
    \Delta < 0 ,\\
    {x_0} < 0, \\
    \end{cases}\]由 ②③ 解得\[k < - 1 或 k > \dfrac{1}{2}.\]即当 $k \in \left( - \infty , - 1\right) \cup \left(\dfrac{1}{2}, + \infty \right)$ 时,直线 $l$ 与 ${C_1}$ 没有公共点,与 ${C_2}$ 有一个公共点,故此时直线 $l$ 与轨迹 $C$ 恰有一个公共点.
    (ii)若\[\begin{cases}
    \Delta = 0 \\
    {x_0} < 0 \\
    \end{cases}或\begin{cases}\Delta > 0, \\
    {x_0} \geqslant 0 ,\\
    \end{cases}\]由 ②③ 解得\[k \in \left\{ - 1,\dfrac{1}{2}\right\} 或 - \dfrac{1}{2} \leqslant k < 0,\]即当 $k \in \left\{ - 1,\dfrac{1}{2}\right\} $ 时,直线 $l$ 与 ${C_1}$ 有一个共点,与 ${C_2}$ 有一个公共点.
    当 $k \in \left[ - \dfrac{1}{2},0\right)$ 时,直线 $l$ 与 ${C_1}$ 有两个共点,与 ${C_2}$ 没有公共点.
    故当 $k \in \left\{ - 1,\dfrac{1}{2}\right\} \cup \left[ - \dfrac{1}{2},0\right)$ 时,直线 $l$ 与轨迹 $C$ 恰有两个公共点.
    (iii)若\[\begin{cases}
    \Delta > 0 ,\\
    {x_0} < 0, \\
    \end{cases}\]由 ②③ 解得\[ - 1 < k < - \dfrac{1}{2} 或 0 < k < \dfrac{1}{2},\]即当 $k \in \left( - 1,-\dfrac{1}{2}\right) \cup \left(0,\dfrac{1}{2}\right)$ 时,直线 $l$ 与 ${C_1}$ 有两个共点,与 ${C_2}$ 有一个公共点.
    故此时直线 $l$ 与轨迹 $C$ 恰有三个公共点.
    综上所述,
    当 $k \in \left( - \infty , - 1\right) \cup \left(\dfrac{1}{2}, + \infty \right)\cup \left\{0\right\}$ 时,直线 $l$ 与轨迹 $C$ 恰有一个公共点;
    当 $k \in \left\{ - 1,\dfrac{1}{2}\right\} \cup \left[ - \dfrac{1}{2},0\right)$ 时,直线 $l$ 与轨迹 $C$ 恰有两个公共点;
    当 $k \in \left( - 1,-\dfrac{1}{2}\right) \cup \left(0,\dfrac{1}{2}\right)$ 时,直线 $l$ 与轨迹 $C$ 恰有三个公共点.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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