圆x2+y2−mx+y+m=0x^{2}+y^{2}-mx+y+m=0在xx轴上截得的弦长是它在yy轴上截得的弦长的22倍,则实数mm的值是()(\quad)
A. −6−210-6-2\sqrt{10}
B. −6+210-6+2\sqrt{10}
C. −3−10-3-\sqrt{10}
D. −3+10-3+\sqrt{10}

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完整解法

1. 求圆与两个坐标轴相交的二次方程及对应判别式条件

令 y=0y=0,得 xx-轴上的交点横坐标满足方程:x2−mx+m=0x^2 - mx + m = 0。要使圆在 xx-轴上截得弦,必须满足该方程有两个相异实根,即 Δ1=m2−4m>0\Delta_1 = m^2 - 4m > 0,解得 m<0m < 0 或 m>4m > 4。设两根为 x1,x2x_1, x_2,则根据韦达定理有 x1+x2=m,x1x2=mx_1 + x_2 = m, x_1x_2 = m。

令 x=0x=0,得 yy-轴上的交点纵坐标满足方程:y2+y+m=0y^2 + y + m = 0。要使圆在 yy-轴上截得弦,必须满足该方程有两个相异实根,即 Δ2=1−4m>0\Delta_2 = 1 - 4m > 0,解得 m<14m < \frac{1}{4}。
综上,实数 mm 必须满足:m<0m < 0。

2. 用参数 $m$ 表示圆在 $x$ 轴和 $y$ 轴上截得的弦长

圆在 xx-轴上截得的弦长为:
Lx=∣x1−x2∣=(x1+x2)2−4x1x2=m2−4mL_x = |x_1 - x_2| = \sqrt{(x_1 + x_2)^2 - 4x_1x_2} = \sqrt{m^2 - 4m}

设 y2+y+m=0y^2 + y + m = 0 的两根为 y1,y2y_1, y_2,由韦达定理得 y1+y2=−1,y1y2=my_1 + y_2 = -1, y_1y_2 = m。
圆在 yy-轴上截得的弦长为:
Ly=∣y1−y2∣=(y1+y2)2−4y1y2=1−4mL_y = |y_1 - y_2| = \sqrt{(y_1 + y_2)^2 - 4y_1y_2} = \sqrt{1 - 4m}

3. 根据弦长关系建立关于 $m$ 的方程并求解

由题意,圆在 xx-轴上截得的弦长是 yy-轴上截得弦长的 22 倍,即:
Lx=2LyL_x = 2L_y
代入弦长公式得:
m2−4m=21−4m\sqrt{m^2 - 4m} = 2\sqrt{1 - 4m}
两边平方得:
m2−4m=4(1−4m)m^2 - 4m = 4(1 - 4m)
化简整理得一元二次方程:
m2+12m−4=0m^2 + 12m - 4 = 0
解得:
m=−12±144−4×1×(−4)2=−6±210m = \frac{-12 \pm \sqrt{144 - 4 \times 1 \times (-4)}}{2} = -6 \pm 2\sqrt{10}

4. 检验解的合理性并确定最终的 $m$ 值

由第一步可知,必须满足 m<0m < 0。
计算两个候选值:
对于 m1=−6−210m_1 = -6 - 2\sqrt{10},由于 −210<0-2\sqrt{10} < 0,故 m1<0m_1 < 0,符合题意。
对于 m2=−6+210m_2 = -6 + 2\sqrt{10},因为 10≈3.16\sqrt{10} \approx 3.16,故 −6+210≈0.32>0-6 + 2\sqrt{10} \approx 0.32 > 0,不满足 m<0m < 0(此时 Δ1<0\Delta_1 < 0,圆与 xx-轴无交点,弦长不存在)。
因此,舍去 m2=−6+210m_2 = -6 + 2\sqrt{10}。
综上所述,实数 mm 的值为 −6−210-6 - 2\sqrt{10}。
故选:A。

答案

A

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