Единственное решение: {окружность с центром на y = x; x/y+y/x = g(sin α)} — задание 19 ЕГЭ по профильной математике

Симметричные системы. 5 примера с ответом и проверкой.

Пример 1

Найдите все значения α из промежутка (0; π), при каждом из которых система
x2 + y2 − 6(x + y)sin α + 18sin2α = 8sin2α − 4xy + yx = 2sin2α + 1

имеет единственное решение.

Показать ответ
π/4; 3π/4
Решение
Первая строка — окружность: (x − 3sin α)2 + (y − 3sin α)2 = 8sin2α − 4. Её центр лежит на прямой y = x, а решения есть только при 8sin2α ≥ 4, то есть при sin2α ≥ 1/2.
Вторая строка (ОДЗ: xy ≠ 0) равносильна x2 + y2 = g·xy, где g = 2sin2α + 1. Подставив y = kx, получаем k2 − gk + 1 = 0: вещественные k существуют ровно при g ≥ 2, а это то же самое условие sin2α ≥ 1/2.
Корни связаны равенством k1k2 = 1, поэтому прямые y = k1x и y = k2x СИММЕТРИЧНЫ относительно y = x. Центр окружности лежит на этой оси симметрии, значит каждая из прямых пересекает окружность одинаковое число раз и общее число решений ЧЁТНО.
Нечётным (а именно единственным) оно может стать только тогда, когда прямые сливаются в одну: g = 2, то есть sin2α = 1/2. При этом радиус обращается в нуль, и окружность вырождается в точку (3sin α; 3sin α), лежащую как раз на прямой y = x, — ровно одно решение.
При sin2α > 1/2 решений четыре: расстояние от центра до прямой равно d2 = 9sin2α·(g − 2)/g (здесь k2 + 1 = gk и (k − 1)2 = k(g − 2)), и оно меньше квадрата радиуса на всём промежутке.
Осталось решить sin2α = 1/2 на (0; π): sin α = 22 — отсюда α = π/4; 3π/4.
Ответ: π/4; 3π/4.

Пример 2

Найдите все значения α из промежутка (0; π), при каждом из которых система
x2 + y2 − 4(x + y)sin α + 8sin2α = 6sin α − 3xy + yx = 6sin α − 1

имеет единственное решение.

Показать ответ
π/6; 5π/6
Решение
Первая строка — окружность: (x − 2sin α)2 + (y − 2sin α)2 = 6sin α − 3. Её центр лежит на прямой y = x, а решения есть только при 6sin α ≥ 3, то есть при sin α ≥ 1/2.
Вторая строка (ОДЗ: xy ≠ 0) равносильна x2 + y2 = g·xy, где g = 6sin α − 1. Подставив y = kx, получаем k2 − gk + 1 = 0: вещественные k существуют ровно при g ≥ 2, а это то же самое условие sin α ≥ 1/2.
Корни связаны равенством k1k2 = 1, поэтому прямые y = k1x и y = k2x СИММЕТРИЧНЫ относительно y = x. Центр окружности лежит на этой оси симметрии, значит каждая из прямых пересекает окружность одинаковое число раз и общее число решений ЧЁТНО.
Нечётным (а именно единственным) оно может стать только тогда, когда прямые сливаются в одну: g = 2, то есть sin α = 1/2. При этом радиус обращается в нуль, и окружность вырождается в точку (2sin α; 2sin α), лежащую как раз на прямой y = x, — ровно одно решение.
При sin α > 1/2 решений четыре: расстояние от центра до прямой равно d2 = 4sin2α·(g − 2)/g (здесь k2 + 1 = gk и (k − 1)2 = k(g − 2)), и оно меньше квадрата радиуса на всём промежутке.
Осталось решить sin α = 1/2 на (0; π): sin α = 1/2 — отсюда α = π/6; 5π/6.
Ответ: π/6; 5π/6.

Пример 3

Найдите все значения α из промежутка (0; π), при каждом из которых система
x2 + y2 − 4(x + y)sin α + 8sin2α = 8sin α − 4xy + yx = 4sin α

имеет единственное решение.

Показать ответ
π/6; 5π/6
Решение
Первая строка — окружность: (x − 2sin α)2 + (y − 2sin α)2 = 8sin α − 4. Её центр лежит на прямой y = x, а решения есть только при 8sin α ≥ 4, то есть при sin α ≥ 1/2.
Вторая строка (ОДЗ: xy ≠ 0) равносильна x2 + y2 = g·xy, где g = 4sin α. Подставив y = kx, получаем k2 − gk + 1 = 0: вещественные k существуют ровно при g ≥ 2, а это то же самое условие sin α ≥ 1/2.
Корни связаны равенством k1k2 = 1, поэтому прямые y = k1x и y = k2x СИММЕТРИЧНЫ относительно y = x. Центр окружности лежит на этой оси симметрии, значит каждая из прямых пересекает окружность одинаковое число раз и общее число решений ЧЁТНО.
Нечётным (а именно единственным) оно может стать только тогда, когда прямые сливаются в одну: g = 2, то есть sin α = 1/2. При этом радиус обращается в нуль, и окружность вырождается в точку (2sin α; 2sin α), лежащую как раз на прямой y = x, — ровно одно решение.
При sin α > 1/2 решений четыре: расстояние от центра до прямой равно d2 = 4sin2α·(g − 2)/g (здесь k2 + 1 = gk и (k − 1)2 = k(g − 2)), и оно меньше квадрата радиуса на всём промежутке.
Осталось решить sin α = 1/2 на (0; π): sin α = 1/2 — отсюда α = π/6; 5π/6.
Ответ: π/6; 5π/6.

Пример 4

Найдите все значения α из промежутка (0; π), при каждом из которых система
x2 + y2 − 6(x + y)sin α + 18sin2α = 12sin α − 6xy + yx = 6sin α − 1

имеет единственное решение.

Показать ответ
π/6; 5π/6
Решение
Первая строка — окружность: (x − 3sin α)2 + (y − 3sin α)2 = 12sin α − 6. Её центр лежит на прямой y = x, а решения есть только при 12sin α ≥ 6, то есть при sin α ≥ 1/2.
Вторая строка (ОДЗ: xy ≠ 0) равносильна x2 + y2 = g·xy, где g = 6sin α − 1. Подставив y = kx, получаем k2 − gk + 1 = 0: вещественные k существуют ровно при g ≥ 2, а это то же самое условие sin α ≥ 1/2.
Корни связаны равенством k1k2 = 1, поэтому прямые y = k1x и y = k2x СИММЕТРИЧНЫ относительно y = x. Центр окружности лежит на этой оси симметрии, значит каждая из прямых пересекает окружность одинаковое число раз и общее число решений ЧЁТНО.
Нечётным (а именно единственным) оно может стать только тогда, когда прямые сливаются в одну: g = 2, то есть sin α = 1/2. При этом радиус обращается в нуль, и окружность вырождается в точку (3sin α; 3sin α), лежащую как раз на прямой y = x, — ровно одно решение.
При sin α > 1/2 решений четыре: расстояние от центра до прямой равно d2 = 9sin2α·(g − 2)/g (здесь k2 + 1 = gk и (k − 1)2 = k(g − 2)), и оно меньше квадрата радиуса на всём промежутке.
Осталось решить sin α = 1/2 на (0; π): sin α = 1/2 — отсюда α = π/6; 5π/6.
Ответ: π/6; 5π/6.

Пример 5

Найдите все значения α из промежутка (0; π), при каждом из которых система
x2 + y2 − 4(x + y)sin α + 8sin2α = 4sin2α − 1xy + yx = 4sin2α + 1

имеет единственное решение.

Показать ответ
π/6; 5π/6
Решение
Первая строка — окружность: (x − 2sin α)2 + (y − 2sin α)2 = 4sin2α − 1. Её центр лежит на прямой y = x, а решения есть только при 4sin2α ≥ 1, то есть при sin2α ≥ 1/4.
Вторая строка (ОДЗ: xy ≠ 0) равносильна x2 + y2 = g·xy, где g = 4sin2α + 1. Подставив y = kx, получаем k2 − gk + 1 = 0: вещественные k существуют ровно при g ≥ 2, а это то же самое условие sin2α ≥ 1/4.
Корни связаны равенством k1k2 = 1, поэтому прямые y = k1x и y = k2x СИММЕТРИЧНЫ относительно y = x. Центр окружности лежит на этой оси симметрии, значит каждая из прямых пересекает окружность одинаковое число раз и общее число решений ЧЁТНО.
Нечётным (а именно единственным) оно может стать только тогда, когда прямые сливаются в одну: g = 2, то есть sin2α = 1/4. При этом радиус обращается в нуль, и окружность вырождается в точку (2sin α; 2sin α), лежащую как раз на прямой y = x, — ровно одно решение.
При sin2α > 1/4 решений четыре: расстояние от центра до прямой равно d2 = 4sin2α·(g − 2)/g (здесь k2 + 1 = gk и (k − 1)2 = k(g − 2)), и оно меньше квадрата радиуса на всём промежутке.
Осталось решить sin2α = 1/4 на (0; π): sin α = 1/2 — отсюда α = π/6; 5π/6.
Ответ: π/6; 5π/6.

Другие темы задания №19

Нужен репетитор по математике?

Посмотрите репетиторов, которые ведут занятия в Precettore, или оставьте заявку — подберём сами.

Репетиторы по математике

Подбор репетитора

Напишите, что нужно, — команда Precettore подберёт репетитора и свяжется с вами.

Готовьтесь к ЕГЭ по профильной математике в Precettore

Варианты с автопроверкой, домашние задания от репетитора, онлайн-доска и разбор ошибок — в одном кабинете. Регистрация бесплатная.