在平面直角坐标系 $xOy$ 中的点 $P$ 和图形 $M$,给出如下的定义:若在图形 $M$ 上存在一点 $Q$,使得 $P,Q$ 两点间的距离小于或等于 $1$,则称 $P$ 为图形 $M$ 的关联点.
【难度】
【出处】
【标注】
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    代几综合
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    函数与圆
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    代几综合
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    函数与圆
  1. 当 $\odot O$ 的半径为 $2$ 时,点 $P$ 在直线 $y=-x$ 上,若 $P$ 为 $\odot O$ 的关联点,求点 $P$ 的横坐标的取值范围;
    标注
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      函数与圆
    答案
    点 $P$ 的横坐标为 $-\dfrac{3\sqrt 2}2\leqslant x\leqslant -\dfrac{\sqrt 2}2$ 或 $\dfrac{\sqrt 2}2\leqslant x\leqslant \dfrac{3\sqrt 2}2$
    解析
    如图,分别以 $1,3$ 个单位长度为半径作 $\odot O$,令直线 $y=-x$ 与两圆的交点为 $P_1,P_2,P_3,P_4$,则 $OP_1=OP_2=3$,$OP_3=OP_4=1$.分别过点 $P_1,P_2,P_3,P_4$ 作 $x$ 轴的垂线,垂足为 $Q_1,Q_2,Q_3,Q_4$,
    易得 $OQ_1=OQ_2=\dfrac{3\sqrt 2}2$,$OQ_3=OQ_4=\dfrac{\sqrt 2}2$.
    从图中可以看出线段 $P_1P_3,P_2P_4$ 上的点均为 $\odot O$ 的关联点,
    所以点 $P$ 的横坐标为 $-\dfrac{3\sqrt 2}2\leqslant x\leqslant -\dfrac{\sqrt 2}2$ 或 $\dfrac{\sqrt 2}2\leqslant x\leqslant \dfrac{3\sqrt 2}2$.
  2. $\odot C$ 的圆心在 $x$ 轴上,半径为 $2$,直线 $y=-x+1$ 与 $x$ 轴、$y$ 轴交于点 $A,B$.若线段 $AB$ 上的所有点都是 $\odot C$ 的关联点,求圆心 $C$ 的横坐标的取值范围.
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    答案
    圆心 $C$ 的横坐标的取值范围为 $-2\leqslant x\leqslant 1-\sqrt 2$ 或 $2\leqslant x\leqslant 2\sqrt 2$
    解析
    易得点 $A(1,0)$,点 $B(0,1)$.
    分别以 $1,3$ 个单位长度为半径作 $\odot C$,则两圆构成的圆环内的所有点(包括边界)均为半径为 $2$ 的 $\odot C$ 的关联点.
    圆心 $C$ 从左往右移动的过程中:
    ① 如图,当圆心 $C$ 在 $AB$ 左侧且圆环外边界过点 $A$ 时.则 $CA=3$,此时圆心 $C$ 的坐标为 $(-2,0)$;
    ② 如图,当圆心 $C$ 在 $AB$ 左侧且圆环内边界与 $AB$ 相切于点 $D$ 时.连接 $CD$,易得 $AD=CD=1$,所以 $AC=\sqrt 2$,
    此时圆心 $C$ 的坐标为 $(1-\sqrt 2,0)$;
    ③ 如图,当圆心 $C$ 在 $AB$ 右侧且圆环内边界过点 $A$ 时.则 $CA=1$,此时圆心 $C$ 的坐标为 $(2,0)$;
    ④ 如图,当圆心 $C$ 在 $AB$ 右侧且圆环外边界过点 $B$ 时.连接 $CB$,则 $CB=3$.
    所以 $OC=\sqrt{CB^2-BO^2}=2\sqrt 2$,
    此时圆心 $C$ 的坐标为 $(2\sqrt 2,0)$.
    结合图形,圆心 $C$ 的横坐标的取值范围为 $-2\leqslant x\leqslant 1-\sqrt 2$ 或 $2\leqslant x\leqslant 2\sqrt 2$.
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
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