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2026 年广西预赛
F3填空题直线与圆
已知 P 为直线 y=x+1 上一点,M,N 分别为圆
C1:(x−4)2+(y−1)2=4,C2:x2+(y−2)2=1
上的点,则 ∣PM∣−∣PN∣ 的最大值为。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
标准答案:6
解析
提示
固定 P 后,PM 应取到圆 C1 的最远距离,PN 应取到圆 C2 的最近距离。
思路
于是只需沿给定直线研究 P 到两个圆心的距离,并按 P 在圆 C2 内外分段。
解答
记两圆圆心为 O1=(4,1)、O2=(0,2)。令 P=(t,t+1),并记
d1=PO1=2t2−8t+16,d2=PO2=2t2−2t+1.
固定 P 时,可分别选择 M,N,故
M,Nmax(∣PM∣−∣PN∣)=d1+2−∣d2−1∣.
注意到
d12−(d2+3)2=6(1−t−d2)≤0,
其中 d2≥∣1−t∣≥1−t,所以恒有 d1−d2≤3。 当 d2≥1 时,
d1+2−∣d2−1∣=d1−d2+3≤6.
当 d2≤1 时,由 d22=2t(t−1)+1 得 0≤t≤1;此时 d1≤d1∣t=0=4,故
d1+2−∣d2−1∣=d1+d2+1≤4+1+1=6.
取 P=(0,1),则 P 在圆 C2 上,可取 N=P;又 PO1=4,在圆 C1 上取离 P 最远的点可使 PM=4+2=6。因此最大值为
6.
复核
第二种情形中 d12=2t2−8t+16 在 [0,1] 上递减,故 d1≤4; 等号构造同时满足 P 在指定直线上、M,N 分别位于两圆上。
方法总结
“动点到圆上点的距离”先固定圆外的动点:最远距离为“到圆心距离加半径”, 最近距离为“到圆心距离与半径之差的绝对值”。随后按点在圆内外分段,可把三点优化降为一元估计。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
先让两圆上点分别取最远和最近,将三动点压缩为一动点,再按P在小圆内外分段建立距离差界。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:圆或球上点的距离范围、作差后证明非负
专题卡:圆心半径与径向距离、参数化几何最值与三角降次