Skip to main content

Теория: Прямая через начало координат

Задание

Постройте график функции

\(\displaystyle y=\frac{(x^2+4)(x-1)}{1-x}\small.\)

Определите, при каких значениях параметра \(\displaystyle k\) прямая \(\displaystyle y=kx\) имеет с графиком ровно одну общую точку.

Выберите верный ответ:

Решение

Информация

Если дробь \(\displaystyle \frac{(x^2+4)(x-1)}{1-x}\) просто сократить, то получим

\(\displaystyle \frac{(x^2+4)(x-1)}{1-x}=-x^2-4\)

При этом левая и правая части выражений имеют разные области допустимых значений:

  • дробь \(\displaystyle \frac{(x^2+4)(x-1)}{1-x}\)не определена при \(\displaystyle x=1{\small ; } \)
  • многочлен \(\displaystyle -x^2-4\) определен для всех \(\displaystyle x\small.\)

Равенство выражений имеет место только для тех \(\displaystyle x\small,\) для которых определены оба выражения.

Поэтому нужно обязательно записать область определения исходной функции.

Область определения функции

\(\displaystyle y=\frac{(x^2+4)(x-1)}{1-x}\small.\)

Знаменатель не равен нулю:

\(\displaystyle x\,\cancel{=}\,1\small.\)

В области определения исходного выражения получаем:

\(\displaystyle \frac{(x^2+4)(x-1)}{1-x}=\frac{(x^2+4)\cancel{(x-1)}}{-\cancel{(x-1)}}=-(x^2+4)=-x^2-4\small.\)


Значит, с учетом области определения исходного выражения, необходимо построить параболу с выколотой точкой при\(\displaystyle x=1{\small : } \)

\(\displaystyle \begin{cases}y=-x^2-4,\\x\,\cancel{=}\,1.\end{cases}\)

И определить, при каких значениях параметра \(\displaystyle k\) прямая \(\displaystyle y=kx\) имеет с построенной параболой  ровно одну общую точку.

Построим график функции \(\displaystyle y=-x^2-4\) для \(\displaystyle x\,\cancel{=}\,1\small.\)

1. Строим параболу \(\displaystyle y=-x^2-4\small.\)

Это парабола \(\displaystyle y=-x^2{ \small ,}\) сдвинутая на \(\displaystyle 4\) единицы вниз.

2. Так как \(\displaystyle x\,\cancel{=}\,1\small,\) выкалываем на графике точку с абсциссой \(\displaystyle x=1\small.\)

Отметим, что выколотая точка имеет координаты \(\displaystyle (1;\,-5)\small.\)

Прямая \(\displaystyle y=kx\) – это прямая, которая

  • проходит через начало координат вне зависимости от значения \(\displaystyle k{\small ; } \)
  • при изменении \(\displaystyle k\) поворачивается вокруг начала координат и принимает все положения кроме вертикального.

Тогда прямая \(\displaystyle y=kx\) имеет с построенным графиком ровно одну общую точку, если

  • прямая проходит через выколотую точку параболы (красная прямая),
  • прямая касается параболы \(\displaystyle y=-x^2-4\) (зеленые прямые).

Найдем, чему равно \(\displaystyle k\) в каждом из этих случаев.

Если прямая \(\displaystyle y=kx\) проходит через выколотую точку параболы, то \(\displaystyle k=-5\)

Рассмотрим случай, когда прямая проходит через выколотую точку.

Прямая пересекает параболу \(\displaystyle y=-x^2-4\) в двух точках (одна из точек не видна на рисунке).

Но точка \(\displaystyle (1;-5)\) является выколотой точкой графика. Поэтому прямая и парабола имеют одну общую точку.

Прямая проходит через точку \(\displaystyle (1;-5){ \small ,}\) если при \(\displaystyle x=1\) значение \(\displaystyle y=-5\small.\)

При подстановке в \(\displaystyle y=kx\) получаем:

\(\displaystyle -5=k\cdot 1\small,\)

\(\displaystyle k=-5\small.\)

Если прямая \(\displaystyle y=kx\) касается параболы, то

\(\displaystyle k=4\) или \(\displaystyle k=-4\)

Рассмотрим случай, когда прямая касается параболы.

В общей точке прямой \(\displaystyle y=kx\) и параболы  \(\displaystyle y=-x^2-4\) значения \(\displaystyle y\) совпадают. Поэтому приравняем их:

\(\displaystyle kx=-x^2-4\small,\)

\(\displaystyle x^2+kx+4=0\small.\)

Поскольку прямая и парабола имеют только одну общую точку, то у данного уравнения должно быть одно решение.

Квадратное уравнение \(\displaystyle x^2+kx+4=0\) имеет ровно один корень, если его дискриминант равен \(\displaystyle 0\small.\)

Приравняем дискриминант к нулю:

\(\displaystyle k^2-4\cdot4=0\small,\)

Тогда

\(\displaystyle k^2=4^2\small,\)

\(\displaystyle k=4\) или \(\displaystyle k=-4\small.\)

Таким образом, прямая \(\displaystyle y=kx\) и график функции \(\displaystyle y=\frac{(x^2+4)(x-1)}{1-x}\) имеют одну общую точку при

\(\displaystyle k=-5\) или \(\displaystyle k=4\) или \(\displaystyle k=-4\small.\)


Ответ: \(\displaystyle k\in\{-5\}\cup\{-4\}\cup\{4\}\small.\)