问题 解答题

已知抛物线C1:y=x2+2x和C:y=-x2+a,如果直线l同时是C1和C2的切线,称l是C1和C2的公切线,公切线上两个切点之间的线段,称为公切线段.

(Ⅰ)a取什么值时,C1和C2有且仅有一条公切线?写出此公切线的方程;

(Ⅱ)若C1和C2有两条公切线,证明相应的两条公切线段互相平分.

答案

(Ⅰ)函数y=x2+2x的导数y′=2x+2,

曲线C1在点P(x1,x12+2x1)的切线方程是:

y-(x12+2x1)=(2x1+2)(x-x1),

即y=(2x1+2)x-x12

函数y=-x2+a的导数y′=-2x,

曲线C2在点Q(x2,-x22+a)的切线方程是

即y-(-x22+a)=-2x2(x-x2).

y=-2x2x+x22+a.②

如果直线l是过P和Q的公切线,

则①式和②式都是l的方程,

x1+1=-x2,所以-x12=x22+a.

消去x2得方程2x12+2x2+1+a=0.

若判别式△=4-4×2(1+a)=0时,

即a=-

1
2
时解得x1=-
1
2
,此时点P与Q重合.

即当a=-

1
2
时C1和C2有且仅有一条公切线,

由①得公切线方程为y=x-

1
4

(Ⅱ)证明:由(Ⅰ)可知.

当a<-

1
2
时C1和C2有两条公切线

设一条公切线上切点为:P(x1,y1),Q(x2,y2).

其中P在C1上,Q在C2上,则有x1+x2=-1,

y1+y2=x12+2x1+(-x22+a)=x12+2x1-(x1+1)2+a=-1+a.

线段PQ的中点为(-

1
2
-1+a
2
).

同理,另一条公切线段P′Q′的中点也是(-

1
2
-1+a
2
)

所以公切线段PQ和P′Q′互相平分.

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