如图,已知曲线 ${C_1}:\dfrac{x^2}{2} - {y^2} = 1$,曲线 ${C_2}:\left| y \right| = \left| x \right| + 1$,$P$ 是平面内一点,若存在过点 $P$ 的直线与 ${C_1},{C_2}$ 都有公共点,则称 $P$ 为" ${C_1} - {C_2}$ 型点".
【难度】
【出处】
【标注】
  1. 在正确证明 ${C_1}$ 的左焦点是" ${C_1} - {C_2}$ 型点"时,要使用一条过该焦点的直线,试写出一条这样的直线的方程(不要求验证);
    标注
    答案
    解析
    ${C_1}$ 的左焦点为 $F\left( { - \sqrt 3 ,0} \right)$,过 $F$ 的直线 $x = - \sqrt 3 $ 与 ${C_1}$ 交于 $\left( { - \sqrt 3 , \pm \dfrac{\sqrt 2 }{2}} \right)$,与 ${C_2}$ 交于 $\left( { - \sqrt 3 , \pm \left( {\sqrt 3 + 1} \right)} \right)$,故 ${C_1}$ 的左焦点为" ${C_1} - {C_2}$ 型点",且直线可以为 $x = - \sqrt 3 $.
  2. 设直线 $y = kx$ 与 ${C_2}$ 有公共点,求证 $\left| k \right| > 1$,进而证明原点不是" ${C_1} - {C_2}$ 型点";
    标注
    答案
    解析
    直线 $y = kx$ 与 ${C_2}$ 有交点,则\[ \begin{cases} y = kx \\ |y| = |x| + 1 \end{cases} \Rightarrow \left(|k| - 1\right)|x| = 1, \]若方程组有解,则必须 $|k| > 1$;
    直线 $y = kx$ 与 ${C_1}$ 有交点,则\[ \begin{cases} y = kx \\ {x^2} - 2{y^2} = 2 \end{cases} \Rightarrow \left(1 - 2{k^2}\right){x^2} = 2, \]若方程组有解,则必须 ${k^2} < \dfrac{1}{2}$.
    故直线 $y = kx$ 至多与曲线 ${C_1}$ 和 ${C_2}$ 中的一条有交点,即原点不是" ${C_1} - {C_2}$ 型点".
  3. 求证:圆 ${x^2} + {y^2} = \dfrac{1}{2}$ 内的点都不是" ${C_1} - {C_2}$ 型点".
    标注
    答案
    解析
    显然过圆 ${x^2} + {y^2} = \dfrac{1}{2}$ 内一点的直线 $l$ 若与曲线 ${C_1}$ 有交点,则斜率必存在;
    根据对称性,不妨设直线 $l$ 斜率存在且与曲线 ${C_2}$ 交于点 $\left(t,t + 1\right)\left(t \geqslant 0\right)$,则\[l:y - \left(t + 1\right) = k\left(x - t\right) \Rightarrow kx - y + \left(1 + t - kt\right) = 0,\]直线 $l$ 与圆 ${x^2} + {y^2} = \dfrac{1}{2}$ 内部有交点,故\[\dfrac{|1 + t - kt|}{{\sqrt {{k^2} + 1} }} < \dfrac{\sqrt 2 }{2},\]化简得\[{\left(1 + t - tk\right)^2} < \dfrac{1}{2}\left({k^2} + 1\right). \quad \cdots \cdots ① \]若直线 $l$ 与曲线 ${C_1}$ 有交点,则\[\begin{cases} y = kx - kt + t + 1 \\ \dfrac{x^2}{2} - {y^2} = 1 \end{cases} \Rightarrow \left({k^2} - \dfrac{1}{2}\right){x^2} + 2k\left(1 + t - kt\right)x + {\left(1 + t - kt\right)^2} + 1 = 0 ,\\ \triangle = 4{k^2}{\left(1 + t - kt\right)^2} - 4\left( {{k^2} - \dfrac{1}{2}} \right)\left[{\left(1 + t - kt\right)^2} + 1\right] \geqslant 0,\]化简得\[{\left(1 + t - kt\right)^2} \geqslant 2\left({k^2} - 1\right). \quad \cdots \cdots ② \]由 ①② 得\[2\left({k^2} - 1\right) \leqslant {\left(1 + t - tk\right)^2} < \dfrac{1}{2}\left({k^2} + 1\right) \Rightarrow {k^2} < 1,\]但此时,因为\[t \geqslant 0,{\left[1 + t\left(1 - k\right)\right]^2} \geqslant 1,\dfrac{1}{2}\left({k^2} + 1\right) < 1,\]即 ① 式不成立;当 ${k^2} = \dfrac{1}{2}$ 时,① 式也不成立.
    综上,直线 $l$ 若与圆 ${x^2} + {y^2} = \dfrac{1}{2}$ 内有交点,则不可能同时与曲线 ${C_1}$ 和 ${C_2}$ 有交点,即圆 ${x^2} + {y^2} = \dfrac{1}{2}$ 内的点都不是" ${C_1} - {C_2}$ 型点".
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 问题3 答案3 解析3 备注3
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