Задание 19 - это задача с параметром. Одно из самых сложных, но при этом самых интересных заданий профильного ЕГЭ. Оно проверяет умение анализировать математические модели, понимать свойства функций и графиков, а также чётко логически мыслить.
Формат ответа: Развёрнутое решение с полным обоснованием.
Уровень сложности: Высокий.
Максимальный балл: 4 первичных балла.
Какие темы встречаются
На ЕГЭ встречаются следующие сюжеты:
Уравнения с параметром - сводятся к квадратному уравнению, теореме Виета или графику на плоскости.
Системы уравнений с параметром - чаще всего решаются графически (пересечение фигур).
Неравенства и уравнения с модулем - требуют аккуратного раскрытия случаев или построения графиков-«галочек».
Основные методы решения
Все задачи с параметром глобально делятся на два подхода: графический и аналитический.
Условие d=R проще всего увидеть на горизонтальной прямой:
Общий алгоритм решения
Примеры решения
Разберём три примера: графический метод с полуокружностью, аналитический метод с дробью и графический с модулем.
Пример 1. Графический метод
Условие:
Найдите все значения a, при каждом из которых уравнение 9−x2=x+a имеет ровно один корень.
Переходим к системе на координатной плоскости
Перейдём к системе на координатной плоскости (x;y). Пусть левая часть равна y, и правая часть равна y:
{y=9−x2y=x+a
Исследуем первое уравнение
y=9−x2. Возведём в квадрат при условии y⩾0:
x2+y2=9,y⩾0
Это уравнение задаёт верхнюю полуокружность с центром в начале координат (0;0) и радиусом R=3.
Исследуем второе уравнение
y=x+a - это семейство параллельных прямых с угловым коэффициентом k=1 (наклонены под углом 45∘ к оси X). Параметр a отвечает за сдвиг прямой вдоль оси Y.
Ищем граничные положения
Прямая двигается снизу вверх (при увеличении a). Найдём значения a в ключевых точках:
Прямая проходит через правую точку полуокружности (3;0):
0=3+a⟹a=−3
Прямая проходит через левую точку полуокружности (−3;0):
0=−3+a⟹a=3
Прямая касается полуокружности. Приравняем уравнения и найдём условие единственности корня через дискриминант:
9−x2=x+a⟹9−x2=(x+a)2⟹2x2+2ax+a2−9=0
Чтобы прямая касалась окружности, дискриминант должен быть равен нулю:
4D=a2−2(a2−9)=a2−2a2+18=18−a2=0⟹a=±32
Так как нас интересует касание верхней полуокружности, берём a=32.
Считываем ответ по графику
Будем мысленно двигать прямую снизу вверх:
При a<−3 прямая проходит ниже полуокружности. Решений нет (0 корней).
При a=−3 прямая пересекает правый край. 1 корень.
При −3<a<3 прямая пересекает дугу в одной точке. 1 корень.
При a=3 прямая проходит через левый край и пересекает дугу правее. 2 корня.
При 3<a<32 прямая пересекает дугу дважды. 2 корня.
При a=32 прямая касается дуги. 1 корень.
При a>32 прямая проходит выше дуги. 0 корней.
Нас просят найти значения a, при которых ровно один корень. Это промежуток от −3 (включительно) до 3 (не включительно) и отдельно точка касания.
Ответ:[−3;3)∪{32}
Пример 2. Аналитический метод
Условие:
Найдите все значения a, при каждом из которых уравнение x−2x2−(a+4)x+4a=0 имеет ровно один корень.
Сводим к смешанной системе
Дробь равна нулю тогда и только тогда, когда числитель равен нулю, а знаменатель не равен нулю. Составим смешанную систему:
{x2−(a+4)x+4a=0x−2=0⟺{x2−(a+4)x+4a=0x=2
Находим корни числителя
Решим квадратное уравнение. По теореме Виета (или через дискриминант) можно заметить, что сумма корней равна a+4, а произведение равно 4a.
Корни уравнения: x1=a и x2=4.
Разбираем случай совпадения корней
Исходное уравнение будет иметь ровно один корень в двух случаях:
Случай 1. Корни числителя совпадают.
Если x1=x2, то a=4.
При этом единственный корень равен 4. Проверим знаменатель: 4=2 - условие выполняется. Значит, a=4 нам подходит.
Разбираем случай выколотого корня
Случай 2. Корни различны, но один из них «выкалывается» знаменателем.
Это происходит, если один из корней равен 2.
Корень x2=4 никогда не равен 2.
Корень x1=a будет равен 2, если a=2.
Проверим этот случай: при a=2 числитель имеет корни 2 и 4. Но так как x=2, корень x=2 является посторонним. Остаётся единственный действительный корень x=4. Значит, a=2 нам подходит.
Ответ:a∈{2;4}
Пример 3. Графический метод: модуль и парабола
Условие:
Найдите все значения a, при каждом из которых уравнение ∣x2−4∣=a имеет ровно три корня.
Переходим к системе на координатной плоскости
Перейдём к системе на координатной плоскости (x;y):
{y=∣x2−4∣y=a
Количество корней уравнения равно количеству точек пересечения графиков.
Строим график y=∣x2−4∣
Сначала построим параболу y=x2−4: ветви вверх, вершина в точке (0;−4), нули в точках x=±2.
Модуль «отражает» наверх ту часть графика, которая лежит ниже оси X. Значит, кусок параболы на отрезке (−2;2) отразится и превратится в «горб» с максимумом (0;4).
Итог: у графика два минимума в точках (±2;0) и локальный максимум в точке (0;4).
Исследуем прямую y=a
Это горизонтальная прямая на высоте a. Посчитаем количество пересечений с графиком в зависимости от значения a:
a<0: прямая ниже графика - 0 корней.
a=0: прямая касается графика в точках (±2;0) - 2 корня.
0<a<4: прямая пересекает «горб» в двух точках и обе внешние ветви - 4 корня.
a=4: прямая проходит через вершину «горба» (0;4) и пересекает внешние ветви - 3 корня.
a>4: прямая пересекает только внешние ветви параболы - 2 корня.
Отбираем нужные значения
Ровно три корня получается единственный раз - при a=4.
Ответ:a=4
Частые ошибки
Стратегия на экзамене
За что дают баллы
В задании 19 можно получить частичные баллы даже за незавершённое решение:
4 балла: Получен полностью правильный обоснованный ответ.
3 балла: Решение верное, но в финальном ответе допущена ошибка с одной граничной точкой (например, случайно включил точку касания, где количество корней меняется).
2 балла: Получен правильный промежуток, но пропущены какие-то важные изолированные точки, ИЛИ допущена вычислительная ошибка на правильном пути решения.
1 балл: Задача верно сведена к исследованию (например, правильно нарисованы все графики и показано, что нужно искать, или получено квадратное уравнение с правильными условиями на дискриминант), но дальше дело не пошло.
0 баллов: Решение не продвинулось дальше простых преобразований.
Обязательно пробуй начинать решать задачу 19 - забрать 1 или 2 балла здесь вполне реально даже без "олимпиадного" опыта!
Проверь себя
Уравнение y=R2−x2 задаёт на плоскости:
Прямая касается окружности тогда и только тогда, когда расстояние от центра окружности до прямой:
Функция в уравнении чётная по x. При каком x возможен единственный корень?
Сколько корней имеет уравнение ∣x2−4∣=a при 0<a<4?