已知点 $A\left(-1,0\right)$,$B\left(1,0\right)$,$C\left(0,1\right) $,直线 $y=ax+b\left(a > 0\right) $ 将 $\triangle ABC $ 分割为面积相等的两部分,则 $b $ 的取值范围是 \((\qquad)\)
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
B
【解析】
本题可计算根据条件,计算出两部分面积表达式,整理为 $b$ 关于 $a$ 的函数,在分析其取值.根据题意画出图形,根据面积相等得出 $a,b$ 的关系式,然后求出 $b$ 的取值范围.
由题意画出图形,如图(1).
由图可知,直线 $BC$ 的方程为 $x + y = 1$.由 ${\begin{cases}
x + y = 1 \\
y = ax + b \\
\end{cases}}$,解得\[M\left( {\dfrac{1 - b}{a + 1},\dfrac{a + b}{a + 1}} \right).\]易求得 $N\left( {0,b} \right)$,$D\left( { - \dfrac{b}{a},0} \right)$.
因为直线 $y = ax + b$ 将 $\triangle ABC$ 分割为面积相等的两部分,
所以 ${S_{\triangle BDM}} = \dfrac{1}{2}{S_{\triangle ABC}}$.
又 ${S_{\triangle BOC}} = \dfrac{1}{2}{S_{\triangle ABC}}$,所以 ${S_{\triangle CMN}} = {S_{\triangle ODN}}$,即\[\dfrac{1}{2} \times \left| { - \dfrac{b}{a}} \right| \times b = \dfrac{1}{2}\left( {1 - b} \right) \times \left( {\dfrac{1 - b}{a + 1}} \right).\]整理得\[\dfrac{b^2}{a} = \dfrac{{{{\left( {1 - b} \right)}^2}}}{a + 1}.\]所以 $\dfrac{{{{\left( {1 - b} \right)}^2}}}{b^2} = \dfrac{1 + a}{a}$,所以 $\dfrac{1}{b} - 1 = \sqrt {1 + \dfrac{1}{a}} $,所以 $\dfrac{1}{b} = \sqrt {1 + \dfrac{1}{a}} + 1$,即\[b = \frac{1}{{\sqrt {1 + \dfrac{1}{a}} + 1}},\]可以看出,当 $a$ 增大时,$b$ 也增大.
当 $a \to + \infty $ 时,$b \to \dfrac{1}{2}$,即 $b < \dfrac{1}{2}$;
当 $a \to 0$ 时,直线 $y = ax + b$ 接近于 $y = b$.
当 $y = b$ 时,如图(2),
\[\dfrac{{{S_{\triangle CDM}}}}{{{S_{\triangle ABC}}}} = \dfrac{{C{N^2}}}{{C{O^2}}} = \dfrac{{{{\left( {1 - b} \right)}^2}}}{1^2} = \dfrac{1}{2}.\]所以 $1 - b = \dfrac{\sqrt 2 }{2}$,所以 $b = 1 - \dfrac{\sqrt 2 }{2}$,所以 $b > 1 - \dfrac{\sqrt 2 }{2}$.
综上可知\[1 - \dfrac{\sqrt 2 }{2} < b < \dfrac{1}{2}.\]
由题意画出图形,如图(1).

x + y = 1 \\
y = ax + b \\
\end{cases}}$,解得\[M\left( {\dfrac{1 - b}{a + 1},\dfrac{a + b}{a + 1}} \right).\]易求得 $N\left( {0,b} \right)$,$D\left( { - \dfrac{b}{a},0} \right)$.
因为直线 $y = ax + b$ 将 $\triangle ABC$ 分割为面积相等的两部分,
所以 ${S_{\triangle BDM}} = \dfrac{1}{2}{S_{\triangle ABC}}$.
又 ${S_{\triangle BOC}} = \dfrac{1}{2}{S_{\triangle ABC}}$,所以 ${S_{\triangle CMN}} = {S_{\triangle ODN}}$,即\[\dfrac{1}{2} \times \left| { - \dfrac{b}{a}} \right| \times b = \dfrac{1}{2}\left( {1 - b} \right) \times \left( {\dfrac{1 - b}{a + 1}} \right).\]整理得\[\dfrac{b^2}{a} = \dfrac{{{{\left( {1 - b} \right)}^2}}}{a + 1}.\]所以 $\dfrac{{{{\left( {1 - b} \right)}^2}}}{b^2} = \dfrac{1 + a}{a}$,所以 $\dfrac{1}{b} - 1 = \sqrt {1 + \dfrac{1}{a}} $,所以 $\dfrac{1}{b} = \sqrt {1 + \dfrac{1}{a}} + 1$,即\[b = \frac{1}{{\sqrt {1 + \dfrac{1}{a}} + 1}},\]可以看出,当 $a$ 增大时,$b$ 也增大.
当 $a \to + \infty $ 时,$b \to \dfrac{1}{2}$,即 $b < \dfrac{1}{2}$;
当 $a \to 0$ 时,直线 $y = ax + b$ 接近于 $y = b$.
当 $y = b$ 时,如图(2),

综上可知\[1 - \dfrac{\sqrt 2 }{2} < b < \dfrac{1}{2}.\]
题目
答案
解析
备注