在平面直角坐标系中,过点 $P\left(a,b\right)\left(a\ne 0,b\ne 0\right)$ 的直线 $l$ 与两坐标轴围成的三角形的面积是定值 $M$,则这样的直线可能有  条.
【难度】
【出处】
2015年第二十六届“希望杯”全国数学邀请赛高一(一试)
【标注】
  • 知识点
    >
    解析几何
    >
    直线
    >
    直线的方程
    >
    直线的点斜式方程
【答案】
$2,3,4$
【解析】
设直线 $l$ 的斜率为 $k$,$k\neq 0$ 且 $k\neq \dfrac ba$,直线 $l$ 与两坐标轴围成的三角形的面积为 $S(k)$.
定性分析不妨设 $a,b>0$.如图所示,当 $k\in (-\infty,0)$ 时,$S(k)$ 先从正无穷大单调递减,当 $P$ 为直线 $l$ 被两坐标轴所截得的线段的中点时取得最小值,再单调递增到正无穷大;当 $k\in \left(0,\dfrac ba\right)$ 时,$S(k)$ 从正无穷大单调递减到 $0$;当 $k\in\left(\dfrac ba,+\infty\right)$ 时,$S(k)$ 从 $0$ 单调递增到正无穷大.因此不同的 $M$($M>0$)对应的 $k$ 的值可能为 $2,3,4$ 个,进而这样的直线可能有 $2,3,4$ 条.定量计算直线 $l:y=k(x-a)+b$,于是直线 $l$ 与两坐标轴围成的三角形的面积$$\begin{split} S(k)=&\dfrac 12\left|-\dfrac{b}{k}+a\right|\cdot\left|-ak+b\right|\\=&\dfrac 12\left|a^2k+\dfrac{b^2}{k}-2ab\right|\\=&\dfrac 12\left[a^2|k|+\dfrac{b^2}{|k|}-2ab\cdot \dfrac{k}{|k|}\right],\end{split} $$因此 $S(k)$ 的函数图象如图,不同的 $M$($M>0$)对应的 $k$ 的值可能为 $2,3,4$ 个,因此这样的直线可能有 $2,3,4$ 条.
题目 答案 解析 备注
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