平面区域问题
1 平面区域的确定
1.1 不等式的区域
我们把满足不等式F(x,y)>0的点(x,y)的集合称为不等式F(x,y)>0的区域
.对于不等式F(x,y)>0,如果方程F(x,y)=0确定平面内一实曲线,则曲线把平
面分成若干个区域G1,G2,….
在每一个区域内任取一点,坐标满足F(x,y)>0的区域的并集,即为原不等式
的区域.
为方便起见,我们常选取一些简单的特殊点(如坐标原点等)来计算F(x,y)的
值.
例如,求x2>2y2+1的区域.
先画出x2=2y2+1的曲线(图1),然后用原点(0,0)代入原不等式,不能成立,
再取(2,0)代入原不等式,能成立.故x2>2y2+1所表示区域为双曲线“内部”(含
焦点部分).
1.2 不等式组的区域
我们把同时满足若干个不等式的点的
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集合叫做这些不等式构成的不等式组的区
域.
不等式组的区域是不等式中每一个不等式区域的交集.为方便起见,我们也可
以通过用特殊点法求出每一个小区域内有关式子的符号,来判断不等式组的区域.
例如,求不等式(y-x+1)(2x-y-3)>0所表示的区域.
首先作出两直线y-x+1=0与2x-y-3=0的图象(图2),它们将平面分成四个
部分.为确定(y-x+1)(2x-y-3)>0的区域,可以用两种方法.
不等式y-x+1>0可化为y>x-1,表示直线y-x+1=0的“上方”;同样,2x-
y-3>0表示直线2x-y-3=0的“下方”.所以不等式组(1)表示的区域为图2中的区
域Ⅰ,不等式组(2)表示区域Ⅲ.故本题所表示的区域为将Ⅰ、Ⅲ两部分合并而成的区
域.
方法2:分别在四个区域内选取特殊点,如区域Ⅰ内选点(4,4),区域Ⅱ内选点
(0,0),区域Ⅲ内选点(0,-2),区域Ⅳ内选点(2,0),分别代入检验,以确定符合
条件的区域范围.
对于含有复数的不等式组,可结合复数几何意义来确定平面区域.
集合A={z||z-1|≤1}表示以(1,0)为圆心,以1为半径的圆内区域(含圆),B
图3中的阴影部分(含曲线和线段OA1,但不含线段OB).
学生解题时,常将A∩B表示为第一象限内的弓形区域部分,而忽视了下半圆区
域的存在.
2 平面区域问题例举
2.1 平面区域的单纯性题型
这类问题是只需根据题意作出所要求的平面区域范围,便可直接求解的单纯性
问题.
例1 已知三个集合M,N,P,M={(x,y)| |x|+|y|<1},N={(x,y)|
求集合M,N,P三者的关系.
解 如图4,集合M表示四边形ABCD内部,集合N表示椭圆内区域,集合
解
作直线l1∶3x-2y-2=0,l2∶x+4y+4=0;l3∶2x+y-6=0(图5).在直角坐标平
面内画出满足不等式组的区域(如图5中三角形内区域).此三角形区域内的整数点
为(2,1),(1,0),(2,0),(1,-1),(2,-1),(3,-1),即原不等式组的整
数解.
2.2 含参变量的平面区域问题
对于这类问题,可首先设法消去已知曲线方程中的变量,得到仅含参变量的方
程或不等式,再转化为2.1类问题求解.
b所满足的条件,并求出点(a,b)的存在范围.
解
方程(1)与(2)的曲线是直线和椭圆在xoy坐标系中第一象限的部分(图6).
方程组有两相异解,即曲线(1),(2)在第一象限有两个不同的交点.以y=1-
x代入(2)中,得(a+b)x2-2bx+b-1=0.
Δ=4b2-4(a+b)(b-1)>0,即ab-a-b<0.
a,b所满足的条件是ab-a-b<0(a>1,b>1).
不等式(a-1)(b-1)<1(a>1,b>1)表示位于双曲线(a-1)(b-1)=1的“外部
”且满足a>1,b>1的点所构成区域.图7中的阴影部分,就是点(a,b)的存在范围
.
例4
设a,b是两个实数,A={(x,y)|x=n,y=na+b,n∈Z},B={(x,y)|x=m,y=3m2
+15,m∈Z},C={(x,y)|x2+y2≤144}是平面xoy内的点的集合,讨论是否存在a和
b,使
(2)(a,b)∈C同时成立.(1985年高考试题)
解
A={(x,y)|x=n,y=na+b,n∈Z}为直线y=ax+b(其中a,b为参数)上横坐标取整数
的点,B={(x,y)|x=m,y=3m2+15,m∈Z}为抛物线y=3x2+15
Δ=a2+12b-180≥0, (1)
为了进一步研究,可以在直角坐标系中画出不等式a2+12b-180≥0的区域,再
例5
已知方程x2+px+q=0有两实数根α和β,且α2+β2=1,求p和q的范围.
解
建立直角坐标系,适合p2-4q≥0的p,q的值是图9中阴影部分(含曲线)的点的坐标
.因为α2+β2=1,即(α+β)2-2αβ=1.所以p2=2q+1.而适合等式p2=2q+1的p和
q的值为抛物线p2=2q+1上点的坐标,由图9可知,所求p和q的范围即为抛物线p2
=2q+1上A,B两点间的一段弧上的点的坐标的集合.
解此类问题时,要注意隐含条件的挖掘(如本题中α,β是二次方程两个实根,
即判别式“p2-4q≥0”).忽视了此条件,可能会导致变量取值范围的扩大.
2.3 利用图形区域,求变量组合式的范围
对于这类问题,可首先求出满足题设条>>收起