Quan hệ giữa parabol và đường thẳng trong chương trình đại số lớp 9

Sáng kiến kinh nghiệm 2007 - 2008 Trớc hết, chúng ta hãy cùng nhau nhắc tới các kiến thức cơ bản thờng xuyên sử dụng sau: Cho Parabol y=a'x 2 (P) và đờng thẳng y = ax + b (d) Khi đó: Ta có hoành độ giao điểm giữa Parabol y=a'x 2 (P) và đờng thẳng y=ax + b (d) là nghiệm của phơng trình: a'x 2 = ax + b <=> a'x 2 ax b = 0 (*) - Parabol (P) và đờng thẳng (d) không có điểm chung khi và chỉ khi phơng trình (*) vô nghiệm. - Parabol (P) và đờng thẳng (d) có đúng một điểm chung (tiếp xúc nhau) khi và chỉ khi phơng trình (*) có nghiệm kép và hoành độ của tiếp điểm chính là nghiệm kép của phơng trình đó. - Parabol (P) và đờng thẳng (d) có đúng hai điểm chung khi và chỉ khi phơng trình (*) có hai nghiệm phân biệt. Bây giờ, chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu các dạng toán cơ bản của mối quan hệ này: Dạng 1: Tìm hoành độ giao điểm của Parabol và đờng thẳng. Ví dụ 1: Tìm hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) y = x 2 với đờng thẳng (d) y = x + 6 Giải Ta có hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) y = x 2 với đờng thẳng (d) y = x + 6 là nghiệm của phơng trình: x 2 = x + 6 x 2 x 6 = 0 = b 2 4ac = (1) 2 4.1.( 6) = 1 + 24 = 25 D = 5 Phơng trình có hai nghiệm phân biệt: Đặng Ngọc Dơng THCS Giao Hà 1 Sáng kiến kinh nghiệm 2007 - 2008 1 1 5 3 2 2 b x a - + D + = = = 2 1 5 2 2 2 b x a - - D - = = = - Vậy hoành độ giao điểm giữa (P) và (d) là: 3 và 2 Ví dụ 2: Tìm hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) y = x 2 với đờng thẳng (d) y = 5x + 4 Giải Ta có hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) y = x 2 với đờng thẳng (d) y = 5x + 4 là nghiệm của phơng trình: x 2 = 5x + 4 x 2 5x + 4 = 0 Vì a + b + c = 1 + (5) + 4 = 0 nên x 1 = 1; x 2 = 4 Vậy hoành độ giao điểm giữa (P) và (d) là: 1 và 4 Dạng 2: Tìm toạ độ giao điểm của Parabol và đờng thẳng. Ví dụ 3: Tìm toạ độ giao điểm giữa Parabol (P) = 2 1 2 y x và đờng thẳng (d): y = 3x 4 Giải Hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) = 2 1 2 y x và đờng thẳng (d): y = 3x 4 là nghiệm của phơng trình: 2 2 1 3 4 2 6 8 0 x x x x = - - + = ' = b' 2 ac = (3) 2 1.8 = 9 8 = 1 'D = 1 Phơng trình có hai nghiệm phân biệt: 1 ' ' 3 1 4 1 b x a - + D + = = = Đặng Ngọc Dơng THCS Giao Hà 2 Sáng kiến kinh nghiệm 2007 - 2008 2 ' ' 3 1 2 1 b x a - - D - = = = Thay x 1 = 4 vào ta đợc y 1 = 8 Thay x 2 = 2 vào ta đợc y 2 = 2 Vậy toạ độ giao điểm của (P) và (d) là: (4; 8); (2; 2) Ví dụ 4: Tìm toạ độ giao điểm giữa Parabol (P) = 2 1 3 y x và đờng thẳng (a): y = 2x 3 Giải Hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) = 2 1 3 y x và đờng thẳng (a): y = 2x 3 là nghiệm của phơng trình: 2 2 1 2 3 3 6 9 0 x x x x = - - + = ' = b' 2 ac = (3) 2 1.9 = 9 9 = 0 Phơng trình có nghiệm kép: 1 2 ' 3 3 1 b x x a - = = = = Thay x = 3 vào ta đợc y = 3 Vậy toạ độ giao điểm của (P) và (a) là: (3; 3) Dạng 3: Chứng minh về vị trí tơng đối giữa Parabol và đờng thẳng. Ví dụ 5: Chứng tỏ rằng Parabol (P) = - 2 4y x luôn tiếp xúc với đờng thẳng (d): y = 4mx + m 2 khi m thay đổi. Giải Ta có hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) y = 4x 2 với đờng thẳng (d) y = 4mx + m 2 là nghiệm của phơng trình: 4x 2 = 4mx + m 2 4x 2 + 4mx + m 2 = 0 = b 2 4ac = (4m) 2 4.4.m 2 = 16m 2 16m 2 Đặng Ngọc Dơng THCS Giao Hà 3 Sáng kiến kinh nghiệm 2007 - 2008 = 0 m Phơng trình có nghiệm kép. Do đó Parabol (P) luôn tiếp xúc với đ- ờng thẳng (d) y = 4mx + m 2 khi m thay đổi. Ví dụ 6: Chứng tỏ rằng Parabol (P) = 2 y x luôn có điểm chung với đờng thẳng (d): y = 2(m 1)x 2m + 3 khi m thay đổi. Giải Ta có hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) y = x 2 với đờng thẳng (d) y = 2(m 1)x 2m + 3 là nghiệm của phơng trình: x 2 = 2(m 1)x 2m + 3 x 2 2(m 1)x + 2m 3 = 0 ' = b' 2 ac = [(m 1)] 2 (2m 3) = m 2 2m +1 2m + 3 = m 2 4m +4 = (m 2) 2 0 m Phơng trình luôn có nghiệm. Do đó Parabol (P) luôn luôn có điểm chung với đờng thẳng (d): y = 2(m 1)x 2m + 3 khi m thay đổi. Dạng 4: Chứng minh về tính chất, vị trí của giao điểm trong mặt phẳng toạ độ giữa Parabol và đờng thẳng. Ví dụ 7: Chứng tỏ rằng Parabol (P) = 2 3y x cắt đờng thẳng (d): y = 5x 2 tại hai điểm nằm cùng một phía đối với trục tung. Giải Ta có hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) y = 3x 2 với đờng thẳng (d) y = 5x 2 là nghiệm của phơng trình: 3x 2 = 5x 2 3x 2 5x + 2 = 0 Ta có a + b + c= 3 + (5) + 2 = 0 Phơng trình có hai nghiệm phân biệt: 1 1x = ; 2 2 3 c x a = = Ta thấy hai nghiệm này cùng dơng. Suy ra hoành độ giao điểm đều d- ơng. Do đó giao điểm của chúng cùng nằm ở cùng một phía đối với trục tung. Ví dụ 8: Chứng tỏ rằng Parabol (P) = - 2 y x cắt đờng thẳng (d): y = 2x 2007 tại hai điểm thuộc hai phía đối với trục tung. Giải Đặng Ngọc Dơng THCS Giao Hà 4 Sáng kiến kinh nghiệm 2007 - 2008 Ta có hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) y = -x 2 với đờng thẳng (d) y = 2x 2007 là nghiệm của phơng trình: x 2 = 2x 2007 x 2 + 2x 2007 = 0 Vì có a.c = 1.( 2007) < 0 nên phơng trình có hai nghiệm trái dấu. Do đó giao điểm thuộc hai phía đối với trục tung. Dạng 5: Biện luận số giao điểm của đờng thẳng và Parabol. Ví dụ 9: Cho Parabol (P) = 2 y x cắt đờng thẳng (D): y = 2(m +1)x m 2 9. Tìm m để: a) (D) cắt (P) tại hai điểm phân biệt. b) (D) tiếp xúc với (P). c) (D) không cắt (P). Giải Hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) y = x 2 với đờng thẳng (D) y = 2(m +1)x m 2 9 là nghiệm của phơng trình: x 2 = 2(m +1)x m 2 9 x 2 2(m +1)x + m 2 +9= 0 (1) ' = b' 2 ac = [(m + 1)] 2 (m 2 + 9) = m 2 + 2m +1 m 2 9 = 2m 8 a) (D) cắt (P) tại hai điểm phân biệt <=> Phơng trình (1) có hai nghiệm phân biệt <=> ' > 0 <=> 2m 8 > 0 <=> 2m > 8 <=> m > 4 Vậy với m > 4 thì (D) cắt (P) tại hai điểm phân biệt. b) (D) tiếp xúc với (P) <=> Phơng trình (1) có nghiệm kép <=> ' = 0 <=> 2m 8 = 0 <=> 2m = 8 <=> m = 4 Vậy với m = 4 thì (D) tiếp xúc với (P). c) (D) không cắt (P) <=> Phơng trình (1) vô nghiệm <=> ' < 0 Đặng Ngọc Dơng THCS Giao Hà 5 Sáng kiến kinh nghiệm 2007 - 2008 <=> 2m 8 < 0 <=> 2m < 8 <=> m < 4 Vậy với m < 4 thì (D) không cắt (P). Ví dụ 10: Cho Parabol (P) = 2 y x cắt đờng thẳng (D): y = 4x + 2m. a) Với giá trị nào của m thì (D) tiếp xúc với (P). b) Với giá trị nào của m thì (D) cắt (P) tại hai điểm phân biệt A và B. Tìm toạ độ giao điểm khi 3 2 m = Giải Hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) y = x 2 với đờng thẳng (D) y = 4x + 2m là nghiệm của phơng trình: x 2 = 4x + 2m x 2 4x 2m = 0 (*) ' = b' 2 ac = (2) 2 (2m) = 4 + 2m a) (D) tiếp xúc với (P) <=> Phơng trình (*) có nghiệm kép <=> ' = 0 <=> 4 + 2m = 0 <=> m = 2 Vậy với m = 2 thì (D) tiếp xúc với (P). b) (D) cắt (P) tại hai điểm phân biệt <=> Phơng trình (*) có hai nghiệm phân biệt <=> ' > 0 <=> 4 + 2m > 0 <=> m > 2 Vậy với m > 2 thì (D) cắt (P) tại hai điểm phân biệt. Khi 3 2 m = thì hoành độ giao điểm của A, B là nghiệm của phơng trình: x 2 4x 3 =0 ' = b' 2 ac = (2) 2 1(3) = 4 + 3 = 7 Đặng Ngọc Dơng THCS Giao Hà 6 Sáng kiến kinh nghiệm 2007 - 2008 ' 7D = 1 ' ' 2 7 b x a - + D = = + 2 ' ' 2 7 b x a - - D = = - Thay x 1 =2 + 7 vào ta đợc y 1 = 11 +4 7 Thay x 1 =2 7 vào ta đợc y 1 = 11 4 7 Từ đó suy ra toạ độ giao điểm A, B của (P) và (D) là: A(2 + 7 ; 11 +4 7 ); B(2 7 ; 11 4 7 ) Dạng 6: Lập phơng trình tiếp tuyến giữa Parabol và đờng thẳng. Ví dụ 11: Cho Parabol (P) = - 2 1 2 y x a) Viết phơng trình đờng thẳng (d) tiếp xúc với (P) tại điểm M có hoành độ 2. b) Viết phơng trình tiếp tuyến của (P) viết tiếp tuyến này song song với đờng thẳng 1 1 2 y x= - c) Viết phơng trình đờng thẳng đi qua A(1; 3 2 ) và tiếp xúc với (P). Giải Phơng trình đờng thẳng có dạng y = ax + b a) Thay x = 2 vào phơng trình Parabol ta đợc y = 2 Vậy M(2; 2) vì đờng thẳng đi qua M(2; 2) nên ta có: 2 = 2a + b => b = 2a 2 (1) Mặt khác, đờng thẳng này là tiếp tuyến của (P) nên phơng trình: - = + + + = 2 2 1 2 2 2 0 x ax b x ax b ' = 0 a 2 2b =0 (2) Thay (1) vào (2) ta đợc: a 2 2(2a 2) = 0 a 2 4a +4 =0 (a 2) 2 = 0 a = 2 Đặng Ngọc Dơng THCS Giao Hà 7 Có nghiệm kép Có nghiệm kép Sáng kiến kinh nghiệm 2007 - 2008 Với a = 2 thay vào (1) ta đợc b = 2.2 2 = 2 Vậy phơng trình đờng thẳng đi qua M và tiếp xúc với (P) là: y = 2x + 2 b) Vì tiếp tuyên song song với 1 1 2 y x= - nên ta có a = 1 2 Suy ra phơng trình đờng thẳng có dạng 1 2 y x b= + Vì đờng thẳng này tiếp xúc với (P) nên phơng trình: - = + 2 1 1 2 2 x x b có nghiệm kép x 2 + x + 2b = 0 (I) có nghiệm kép = b 2 4ac = 1 2 4.1.2b = 1 8b Để phơng trình (I) có nghiệm kép thì = 0 1 8b = 0 b = 1 8 Vậy phơng trình tiếp tuyên cần tìm là: 1 1 2 8 y x= + c) Đờng thẳng (d) đi qua A(1; 3 2 ) nên ta có: 3 2 a b= + => b = 3 2 a (3) Vì đờng thẳng tiếp xúc với Parabol nên phơng trình: - = + + + = 2 2 1 2 2 2 0( ) x ax b x ax b II Ta có: ' = a 2 2b Để phơng trình (II) có nghiệm kép thì a 2 2b = 0 (4) Thay (3) vào (4) ta đợc: a 2 2( 3 2 a) = 0 a 2 + 2a 3 = 0 Suy ra a = 1 và a = 3 Đặng Ngọc Dơng THCS Giao Hà 8 Có nghiệm kép Có nghiệm kép Sáng kiến kinh nghiệm 2007 - 2008 * Với a = 1 thay vào (3) ta đợc b = 1 2 * Với a = 3 thay vào (3) ta đợc b = 3 2 - Vậy qua A(1; 3 2 ) có hai tiếp tuyến với Parabol (P) là: 1 2 y x= + ; 3 3 2 y x= - Dạng 7: Tìm giá trị tham số để vị trí tơng giao thoả mãn điều kiện cho trớc. Ví dụ 12: Trong mặt phẳng toạ độ Oxy, cho Parabol (P) = - 2 y x và đờng thẳng (d) có phơng trình y = mx 1 a) Chứng minh rằng với mọi m (d) luôn cắt (P) tại hai điểm phân biệt A, B b) Gọi hoành độ giao điểm của A và B là x 1 ; x 2 . Chứng minh 1 2 2x x- Giải a) Hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) y = x 2 với đờng thẳng (d) y = mx 1 là nghiệm của phơng trình: x 2 = mx 1 x 2 + mx 1= 0 (*) = b 2 4ac = m 2 4.1.( 1) = m 2 + 4 > 0 m Vì > 0 m, nên phơng trình (*) luôn có hai nghiệm phân biệt => (d) luôn cắt (P) tại hai điểm phân biệt A, B. b) Ta có x 1 ; x 2 là hai nghiệm của phơng trình (*) nên theo định lí Vi-ét có: x 1 .x 2 = 1 => 1 2 1 2 1 x x x x - = + Vì x 1 và 1 1 x cùng dấu nên: 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 . 2x x x x x x + = + = Vậy 1 2 2x x- Đặng Ngọc Dơng THCS Giao Hà 9 Sáng kiến kinh nghiệm 2007 - 2008 Ví dụ 13: Cho Parabol (P) có phơng trình: = 2 2 x y và đờng thẳng (D) có phơng trình: y = mx m + 2 a) Tìm m để (P) và (D) cùng đi qua điểm có hoành độ x = 4 b) Chứng minh rằng với mọi giá trị của m thì (D) luôn cắt (P) tại hai điểm phân biệt. c) Giảc sử (x 1 ; y 1 ) và (x 2 ; y 2 ) là toạ độ các giao điểm của (D) và (P). Chứng minh rằng: y 1 +y 2 (2 2 1)(x 1 +x 2 ) Giải Hoành độ giao điểm giữa Parabol (P) = 2 2 x y với đờng thẳng (D) y = mx m + 2 là nghiệm của phơng trình: 2 2 2 2 2 2 4 0(**) x mx m x mx m = - + - + - = a) Để (D) và (P) cùng đi qua điểm có hoành độ bằng 4 thì x = 4 phải là nghiệm của phơng trình (**). Từ đó suy ra: 4 2 2m.4 +2m 4 = 0 => m = 2 Vậy với m = 2 thì đờng thẳng (D) và Parabol (P) cùng đi qua điểm có hoành độ bằng 4. b) (D) và (P) tại hai điểm phân biệt <=> phơng trình (**) có hai nghiệm phân biệt <=> ' > 0 <=> (m) 2 (2m 4) > 0 <=> m 2 2m +4 > 0 <=> (m 1) 2 +3 > 0 luôn đúng m Vậy (D) luôn cắt (P) tại hai điểm phân biệt. c) Ta có (x 1 ; y 1 ) và (x 2 ; y 2 ) là toạ độ các giao điểm của (D) và (P) nên x 1 và x 2 là nghiệm của phơng trình (**) Theo định lí Vi-ét x 1 + x 2 = 2 b m a - = Ta lại có: y 1 = mx 1 m + 2; y 2 = mx 2 m + 2 Suy ra: y 1 + y 2 = (mx 1 m + 2) + (mx 2 m + 2) = m(x 1 + x 2 ) 2m + 4 = 2m 2 2m + 4 = [( 2 m) 2 4 2 m + 4] + (2 2 1).2m Đặng Ngọc Dơng THCS Giao Hà 10 [...]... cùng các đồng nghiệp về bảy dạng toán quan hệ giữa Parabol và đờng thẳng trong chơng trình Đại số 9 mà tôi đã nghiệm đợc trong quá trình giảng dạy Các bài toán về dạng này rất phong phú và đa dạng Song do thời gian nghiên cứu cha nhiều, bài viết có thể còn thiếu sót, tôi rất mong đợc sự trao đổi, góp ý của các đồng nghiệp về vấn này để việc dạy Toán nói chung và toán 9 nói riêng đạt đợc hiệu quả cao hơn,... nghiệp về vấn này để việc dạy Toán nói chung và toán 9 nói riêng đạt đợc hiệu quả cao hơn, góp phần giúp các em học sinh có thêm kiến thức, kĩ năng, hứng thú trong giải toán để chuẩn bị hành trang thật tốt cho kì thi cuối cấp và kì thi tuyển sinh vào các trờng THPT đạt hiệu quả cao Xin trân trọng cảm ơn! Giao Hà, ngày 20 tháng 03 năm 2008 Ngời viết Đặng Ngọc Dơng Email: diepngoc0307@yahoo.com.vn Đặng . nghiệp về bảy dạng toán quan hệ giữa Parabol và đờng thẳng trong chơng trình Đại số 9 mà tôi đã nghiệm đợc trong quá trình giảng dạy. Các bài toán về dạng này rất phong phú và đa dạng. Song do thời. điểm giữa Parabol (P) = 2 1 3 y x và đờng thẳng (a): y = 2x 3 là nghiệm của phơng trình: 2 2 1 2 3 3 6 9 0 x x x x = - - + = ' = b' 2 ac = (3) 2 1 .9 = 9 9 = 0 Phơng trình. (*) - Parabol (P) và đờng thẳng (d) không có điểm chung khi và chỉ khi phơng trình (*) vô nghiệm. - Parabol (P) và đờng thẳng (d) có đúng một điểm chung (tiếp xúc nhau) khi và chỉ khi phơng trình