1. 分析曲线 $C_1$ 与 $C_2$ 的几何特征及参数 $k$ 的取值范围
由(1)知曲线 C2 是以 A(−1,0) 为圆心,半径 R=2 的圆.
曲线 C1:y=k∣x∣+2 的顶点为 P(0,2),且关于 y 轴对称.
将 P(0,2) 代入圆 C2 方程得 (0+1)2+22=5>4,故顶点 P(0,2) 在圆 C2 外部.
若 k≥0,当 x≥0 时 y=kx+2≥2,而圆 C2 在 x≥0 区域上的纵坐标最大值为 3<2,此时 C1 与 C2 至多有 1 个公共点,不符合题意.
因此必有 k<0.
2. 根据公共点个数列出关于参数 $k$ 的方程
当 k<0 时,曲线 C1 由两组射线组成:
射线 l1:kx−y+2=0(x≥0)
射线 l2:−kx−y+2=0(x≤0)
要使 C1 与 C2 有且仅有三个公共点,由于 P(0,2) 不在圆上,必有一条射线与圆相切(1个切点),另一条射线与圆相交(2个交点).
考虑圆心 A(−1,0) 到直线 l1 的距离 d1=k2+1∣−k+2∣=k2+12−k(因 k<0).
若 l1 与圆相切,则 d1=R=2:
k2+12−k=2⟹(2−k)2=4(k2+1)⟹3k2+4k=0
解得 k=0(舍去)或 k=−34.
3. 验证 $k = -\frac{4}{3}$ 时两条射线与圆的实际交点个数
当 k=−34 时:
① 对射线 l1:−34x−y+2=0(x≥0),联立圆方程得切点坐标为 (53,56),满足 x=53≥0,故 l1 与圆有 1 个公共点.
② 对射线 l2:34x−y+2=0(x≤0),圆心到 l2 的距离 d2=916+1∣−34+2∣=52<2.
联立 {(x+1)2+y2=4y=34x+2 得 25x2+66x+9=0.
判别式 Δ=662−4×25×9=3456>0,两根之积 x1x2=259>0,两根之和 x1+x2=−2566<0.
故两根均满足 x<0,即 l2 与圆在 x≤0 区域有 2 个公共点.
综上,公共点总数为 1+2=3 个,符合题意.
故 C1 的方程为 y=−34∣x∣+2.
答案y=−34∣x∣+2