在平面直角坐标系 $xOy$ 中,对“隔离直线”给出如下定义:
点 $P(x,m)$ 是图形 $G_1$ 上的任意一点,点 $Q(x,n)$ 是图形 $G_2$ 上的任意一点,若存在直线 $l:y=kx+b(k\ne 0)$ 满足 $m\leqslant kx+b$ 且 $n\geqslant kx+b$,则称直线 $l:y=kx+b(k\ne 0)$ 的图形 $G_1$ 与 $G_2$ 的“隔离直线”.
如图1,直线 $l:y=-x-4$ 是函数 $y=\dfrac 6x(x<0)$ 的图象与正方形 $OABC$ 的一条“隔离直线”.
【难度】
【出处】
【标注】
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    函数
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    函数与方程、不等式的关系
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    函数与方程、不等式的关系
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    函数与方程、不等式的关系
  1. 在直线 $y_1=-2x$,$y_2=3x+1$,$y_3=-x+3$ 中,是图1函数 $y=\dfrac 6x(x<0)$ 的图象与正方形 $OABC$ 的“隔离直线”的为
    标注
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      函数
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    答案
    $y_1=-2x$
    解析
  2. 如图2,第一象限的等腰直角 $\triangle EDF$ 的两腰分别与坐标轴平行,直角顶点 $D$ 的坐标是 $(\sqrt 3,1)$,$\odot O$ 的半径为 $2$.是否存在 $\triangle EDF$ 与 $\odot O$ 的"隔离直线"?若存在,求出“隔离直线”的表达式;若不存在,请说明理由.
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      函数
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    答案
    存在,“隔离直线”的表达式为 $y=-\sqrt 3x+4$
    解析
    如图,连接 $OD$,作直线 $DG\perp OD$ 交 $y$ 轴于点 $G$,作 $DH\perp x$ 轴于点 $H$.由点 $D$ 的坐标可得 $OH=\sqrt 3,DH=1$
    所以 $OD=\sqrt{OH^2+DH^2}=2$,$\tan \angle DOH=\dfrac{DH}{OH}=\dfrac{\sqrt 3}{3}$,
    从而 $\angle DOH=30^\circ$,$\angle DOG=60^\circ$,
    所以 $OG=2OD=4$,即点 $D(0,4)$.
    由 $D,G$ 两点坐标可得直线 $DG$ 的表达式为 $y=-\sqrt 3x+4$.
    即所求的“隔离直线”的表达式为 $y=-\sqrt 3x+4$.
  3. 正方形 $A_1B_1C_1D_1$ 的一边在 $y$ 轴上,其它三边都在 $y$ 轴的右侧,点 $M(1,t)$ 是此正方形的中心.若存在直线 $y=2x+b$ 是函数 $y=x^2-2x-3 (0\leqslant x\leqslant 4)$ 的图象与正方形 $A_1B_1C_1D_1$ 的“隔离直线”,请直接写出 $t$ 的取值范围.
    标注
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      函数
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      函数与方程、不等式的关系
    答案
    $t\leqslant -8$ 或 $t\geqslant 2$
    解析
    根据题意可知正方形 $A_1B_1C_1D_1$ 的边长为 $2$,
    从而由点 $M(1,t)$,得到点 $A_1(0,t-1),B_1(2,t-1),C_1(2,t+1),D_1(0,t+1)$.① 令函数 $y=x^2-2x-3 (0\leqslant x\leqslant 4)$ 的图象的两端点为 $P(0,-3),Q(4,5)$.
    得到 $PQ$ 的表达式为 $y=2x-3$.
    如图,当点 $B_1$ 在直线 $PQ$ 上时,得 $t=2$.
    ② 直线 $y=2x+b$ 是函数 $y=x^2-2x-3 (0\leqslant x\leqslant 4)$ 的图象只有一个交点,
    则方程组 $\begin{cases}y=2x+b,\\y=x^2-2x-3\end{cases}$ 只有一个解,
    得到 $x^2-4x-3-b=0$ 只有一个解.
    从而 $\Delta=16-4\times(-3-b)=28-4b=0$,即 $b=7$.
    如图,当点 $D_1$ 在直线 $y=2x-7$ 上时,得 $t=-8$.
    综上所述,结合图象,满足题意的 $t$ 的取值范围为 $t\leqslant -8$ 或 $t\geqslant 2$.
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 问题3 答案3 解析3 备注3
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