根据图片内容生成这道题的教学视频,同时给出类似题目的解题思路---**Question Stem:**
已知直线 y=mx 与函数 f(x) = √(-x² + 8x - 12) + 1 的图象有两个交点, 则实数 m 的取值范围为
**Options:**
A. [1/2, 1)
B. [1/2, 4/5)
C. (√13-2/6, 2]
D. [1/2, 2 + √13/6)
**Solution/Explanation (解析):**
由 f(x) = √(-x² + 8x - 12) + 1, 得 f(x) - 1 = √(-x² + 8x - 12).
两边平方得 [f(x) - 1]² = -x² + 8x - 12.
整理得 x² - 8x + 12 + [f(x) - 1]² = 0.
即 (x - 4)² + [f(x) - 1]² = 4 (其中 f(x) ≥ 1),
所以 f(x) 表示以 (4, 1) 为圆心, 2 为半径的圆在直线 y = 1 上方的部分;
直线 y = mx 表示过原点的直线, 如图所示.
当直线 y=mx 与 f(x) 的图象相切时, |4m - 1| / √(m² + 1) = 2,
解得 m = (2 + √13) / 6 或 m = (2 - √13) / 6 (舍去).
**Chart Description:**
* **Type:** Coordinate plane with a curve (arc) and lines.
* **Coordinate Axes:** X-axis and Y-axis intersecting at the origin O. Positive directions are indicated by arrows.
* **Origin:** Labeled as O.
* **Points:** A point on the x-axis is labeled '2'. The origin is O.
* **Lines:**
* A horizontal dashed line labeled y=1. It intersects the x-axis at an implied point (0,1) on the Y-axis scale, and extends horizontally. Visually, the arc appears to intersect this line at two points, one at x=2 and one at x=6 (implied by the distance from x=2 and the center (4,1)).
* A curve or arc is shown above the line y=1. This arc represents the graph of f(x). It starts at x=2 on the line y=1, curves upwards, and ends at an implied x=6 on the line y=1. This arc is described as part of a circle with center (4,1) and radius 2, above y=1.
* A straight line passing through the origin O, labeled y=mx. This line is drawn such that it intersects the arc. Another line passing through the origin is shown tangent to the arc at some point.
* **Labels:** O, y, x, y=1, y=mx.
* **Relative Position:** The arc is above the line y=1. The line y=mx passes through the origin (0,0).
**Other Relevant Text:**
* Header: 总例 (General Example)
* Header: 典型引路 (Typical Example/Guidance)
视频信息
答案文本
视频字幕
我们来分析这道关于直线与函数图象交点的问题。题目给出函数 f(x) 等于根号负 x 平方加 8x 减 12 再加 1,要求直线 y 等于 mx 与此函数图象有两个交点时,实数 m 的取值范围。解决这类问题的关键是先化简函数表达式,识别其几何图形,然后利用几何关系求解。
现在我们来化简函数表达式。首先将函数 f(x) 减去 1,得到根号负 x 平方加 8x 减 12。两边平方后整理,可以得到 x 减 4 的平方加上 f(x) 减 1 的平方等于 4。这个方程表示以点 (4,1) 为圆心,半径为 2 的圆。由于原函数要求根号内非负,所以 f(x) 大于等于 1,因此函数图象是圆在直线 y 等于 1 上方的部分,定义域为 x 属于 2 到 6。
接下来分析直线与圆弧的相切条件。当直线 y 等于 mx 与圆弧相切时,圆心到直线的距离等于半径 2。利用点到直线距离公式,圆心 (4,1) 到直线 y 等于 mx 的距离为 4m 减 1 的绝对值除以根号 m 平方加 1,这个距离等于 2。解这个方程,先去绝对值得到 4m 减 1 的绝对值等于 2 倍根号 m 平方加 1,两边平方后整理得到 12m 平方减 8m 减 3 等于 0。
现在求解二次方程 12m 平方减 8m 减 3 等于 0。计算判别式得到 208,解得 m 等于 2 加减根号 13 除以 6。其中 m1 等于 2 减根号 13 除以 6 小于 0,舍去;m2 等于 2 加根号 13 除以 6。要使直线与圆弧有两个交点,需要直线斜率在某个范围内。当 m 等于二分之一时,直线过点 (2,1);当 m 等于切线斜率时,直线与圆弧相切。因此 m 的取值范围是二分之一到 2 加根号 13 除以 6,答案是 D。
总结这道题的解题思路:首先化简函数表达式,识别出函数图象是圆的一部分这一几何特征。然后利用点到直线距离公式建立相切条件,通过求解二次方程确定临界斜率值。最后分析几何关系,确定使直线与圆弧有两个交点的参数取值范围。这类问题的关键在于运用数形结合的思想,将代数问题转化为几何问题来解决。