Углубление · Задачи с исследованием ← M9
Углубление к модулю M9

Задачи с исследованием.

Самые строгие задачи — те, где ответ зависит от параметра. Решить такую — значит найти граничные значения и разобрать все случаи. Прямая и окружность: при разном расстоянии получается секущая, касательная или вовсе нет пересечения. Двигайте прямую и наблюдайте, как меняется число решений.

2 · 1 · 0точек
d = Rграница
все случаиразбор
CASUS2 · 1 · 0 точекпрямая и окружность∿ число точек зависит от d
№ 00Идея

Когда ответ зависит от параметра

В задаче с исследованием в условии есть величина, которая может меняться, — параметр. От него зависит и ответ: при одних значениях решение есть, при других нет, а число решений может меняться. Решить такую задачу — значит не выдать одно число, а разобрать все случаи: найти граничные значения параметра и описать, что происходит в каждом промежутке. Это высшая форма геометрической строгости и любимый жанр сильных экзаменов и олимпиад.

Исследовать — значит ответить не «сколько», а «когда сколько». — о задачах с параметром
∿
Интерактив

Прямая и окружность

Окружность закреплена. Ползунок меняет расстояние d от центра до прямой. Точки пересечения вспыхивают; следите, как при d = R секущая превращается в касательную, а потом исчезает.

CASUSдвигайте прямуюd ⟂ от центра∿ C d
—

Граничное значение здесь — $d = R$: ровно в этот момент две точки пересечения сливаются в одну (касание), а при $d > R$ их не остаётся. Найти такую границу и описать каждый случай — и есть «исследование».

∣
Случаи

Три случая по одному признаку

Всё решает сравнение расстояния d с радиусом R.

✕d < R — секущая

Прямая пересекает окружность в двух точках. Чем ближе прямая к центру, тем дальше друг от друга точки.

⌒d = R — касательная

Граничный случай: ровно одна общая точка. Прямая касается окружности; в точке касания она перпендикулярна радиусу.

∅d > R — нет точек

Прямая проходит мимо: общих точек нет. Окружность и прямая не пересекаются.

Полный ответ задачи звучит так: при $dR$ — ни одной. Три строчки вместо одного числа — но именно это и есть исследование.

№ 04Как решать

Алгоритм исследования

Схема почти всегда одна. Первое: выделить параметр и величину, число которой исследуем (точки, решения, конфигурации). Второе: найти граничные значения параметра — те, при которых картина качественно меняется (здесь это $d=R$, момент касания). Третье: разобрать каждый промежуток между границами и описать, что происходит. Граница часто отвечает геометрическому «особому положению» — касанию, совпадению, вырождению фигуры. Найдя её, остальное доводят аккуратным перебором случаев.

∿Коротко

Параметр → граничные значения (особые положения) → разбор каждого промежутка. Для прямой и окружности граница — $d=R$ (касание).

№ 05Связи

Куда дальше