在平面直角坐标系中,点OO为坐标原点,直线y=kx+k(k>0)y=kx+k(k > 0)与xx轴交于点AA,与yy轴交于点BB,过点AA的抛物线y=x2+bx+cy=x^{2}+bx+c与xx轴交于另一点P(1)P(1)若抛物线y=x2+bx+cy=x^{2}+bx+c与直线y=kx+ky=kx+k的另一个交点恰好为点BB,求kk与bb的关系式; (2)当b−2k=3b-2k=3时,若点PP到直线y=kx+ky=kx+k的距离为dd,试比较d1+k2d \sqrt {1+k^{2}}与OB+2bOB+2b的大小,并说明理由.

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完整解法

(1)

1. 求一次函数图象与坐标轴交点 $A$ 和 $B$ 的坐标

在直线 y=kx+ky=kx+k (k>0k>0) 中,
令 y=0y=0,解得 x=−1x=-1,则点 AA 的坐标为 A(−1,0)A(-1,0);
令 x=0x=0,解得 y=ky=k,则点 BB 的坐标为 B(0,k)B(0,k)。

2. 利用待定系数法求 $k$ 与 $b$ 的关系式

因为抛物线 y=x2+bx+cy=x^{2}+bx+c 过点 A(−1,0)A(-1,0),
代入可得:0=(−1)2+b(−1)+c0 = (-1)^{2} + b(-1) + c,即 c=b−1c = b - 1。
又因为抛物线与直线的另一个交点为 B(0,k)B(0,k),
代入可得:k=02+b(0)+ck = 0^{2} + b(0) + c,即 k=ck = c。
所以 k=b−1k = b - 1。

答案

k=b−1k = b - 1

(2)

1. 求点 $P$ 的坐标并计算线段 $AP$ 的长度

由已知 b−2k=3b - 2k = 3,得 b=2k+3b = 2k + 3。
又由(1)可知 c=b−1=2k+2c = b - 1 = 2k + 2,
所以抛物线的解析式为 y=x2+(2k+3)x+2k+2y = x^{2} + (2k+3)x + 2k+2。
令 y=0y = 0,得 x2+(2k+3)x+2k+2=0x^{2} + (2k+3)x + 2k+2 = 0,
因式分解得 (x+1)(x+2k+2)=0(x+1)(x+2k+2) = 0,
解得 x1=−1x_{1} = -1,x2=−2k−2x_{2} = -2k-2。
因为点 AA 的坐标为 (−1,0)(-1,0),所以点 PP 的坐标为 P(−2k−2,0)P(-2k-2,0)。
因为 k>0k > 0,所以 −2k−2<−1-2k-2 < -1,
所以 AP=−1−(−2k−2)=2k+1AP = -1 - (-2k-2) = 2k+1。

2. 利用三角函数求出 $d \sqrt{1+k^2}$ 的表达式

在 Rt△AOB\triangle AOB 中,由于 OA=1OA=1,OB=kOB=k,由勾股定理得 AB=OA2+OB2=1+k2AB = \sqrt{OA^{2}+OB^{2}} = \sqrt{1+k^{2}}。
所以 sin⁡∠OAB=OBAB=k1+k2\sin \angle OAB = \frac{OB}{AB} = \frac{k}{\sqrt{1+k^{2}}}。
因为点 PP 到直线 ABAB 的距离为 dd,所以 d=AP⋅sin⁡∠OABd = AP \cdot \sin \angle OAB。
所以 d=(2k+1)⋅k1+k2d = (2k+1) \cdot \frac{k}{\sqrt{1+k^{2}}},
变形得 d1+k2=2k2+kd \sqrt{1+k^{2}} = 2k^{2} + k。

3. 通过作差法比较两个代数式的大小

因为 OB=kOB = k,b=2k+3b = 2k+3,所以 OB+2b=k+2(2k+3)=5k+6OB + 2b = k + 2(2k+3) = 5k + 6。
作差比较:
d1+k2−(OB+2b)=2k2+k−(5k+6)=2k2−4k−6=2(k−3)(k+1)d \sqrt{1+k^{2}} - (OB+2b) = 2k^{2} + k - (5k+6) = 2k^{2} - 4k - 6 = 2(k-3)(k+1)
因为 k>0k > 0,所以 2(k+1)>02(k+1) > 0。

  • 当 0<k<30 < k < 3 时,k−3<0k-3 < 0,此时 d1+k2−(OB+2b)<0d \sqrt{1+k^{2}} - (OB+2b) < 0,即 d1+k2<OB+2bd \sqrt{1+k^{2}} < OB+2b;
  • 当 k=3k = 3 时,k−3=0k-3 = 0,此时 d1+k2−(OB+2b)=0d \sqrt{1+k^{2}} - (OB+2b) = 0,即 d1+k2=OB+2bd \sqrt{1+k^{2}} = OB+2b;
  • 当 k>3k > 3 时,k−3>0k-3 > 0,此时 d1+k2−(OB+2b)>0d \sqrt{1+k^{2}} - (OB+2b) > 0,即 d1+k2>OB+2bd \sqrt{1+k^{2}} > OB+2b。
答案

当 0<k<30 < k < 3 时,d1+k2<OB+2bd \sqrt {1+k^{2}} < OB+2b;
当 k=3k=3 时,d1+k2=OB+2bd \sqrt {1+k^{2}}=OB+2b;
当 k>3k > 3 时,d1+k2>OB+2bd \sqrt {1+k^{2}} > OB+2b。

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