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2026/1/2 13:19:08 网站建设 项目流程

题目

\[C:x^3-xy-y^3-1=0 \]

求两条直线将 \(C\) 夹住。原题是求所有 \(k,m\) 的值,使得直线 \(y=kx+m\)\(C\) 上方。

分析

不难证明 \(C\) 关于 \(y=-x\) 对称,这个在下文亦可证明。

\(45\degree\)?我们想起 OI 中的常见 trick:曼哈顿转切比雪夫。遂将坐标系旋转 \(45\degree\)。(实际是逆时针旋转 \(135\degree\)。)

\[\left\{\begin{matrix} 2x'=x+y\\ 2y'=x-y \end{matrix}\right. \Rightarrow \left\{\begin{matrix} x=x'+y'\\ y=x'-y' \end{matrix}\right. \]

\[C':(x'+y')^3-(x'+y')(x'-y')-(x'-y')^3-1=0 \]

\[C':x'^2=\frac{-2y'^3-y'^2+1}{6y'-1} \]

\(f(y)=\frac{-2y^3-y^2+1}{6y-1}\),则:

\[C':x'^2=f(y') \]

由此我们可知 \(C'\) 关于 \(y'\)\(x'=0\) 对称,则 \(C\) 关于直线 \(\frac{x+y}{2}=0\)\(y=-x\) 对称。

图像大概是:

(我在 whk,怎么作图?随便找几个点画个大概就能看出来了。)

根据对称性,我们所求的就是 \(C'\) 上下两条水平线 \(y'=b\)\(y'=a\)

即证:

\[\left\{\begin{matrix} \forall y'\in(-\infty,b],f(y')<0\\ \forall y'\in(b,a],f(y')\ge 0\\ \forall y'\in(a,+\infty),f(y')<0\\ \end{matrix}\right. \]

当然渐近线的要求会更严格,要求 \(\lim\limits_{|x'|\rightarrow+\infty}y'=b\),但这个观察 \(f(y)\) 的断点是显然的。

证明

1

\(\forall y\in(-\infty,b],f(y)<0\)。由于 \(b\) 不在 \(f\) 的定义域内,因此只需证 \(y\in(-\infty,b)\) 成立。等价于证 \(g(y)=-2y^3-y^2+1\) 区间内恒正。\(g'(y)=-6y^2-2y=-2y(3y+1)\)。当 \(y<-\tfrac13\)\(g'(y)<0\);当 \(-\tfrac13<y<0\)\(g'(y)>0\);当 \(y>0\)\(g'(y)<0\)。而 \(g(-\tfrac13)=g(b)=\frac{27}{26}\gt0\),因此成立。

2 & 3

沿用 \(g(y)\),只需找 \(a>\frac16\),使:

\[\begin{cases} g(y)\ge 0,& y\in(\frac16,a]\\ g(y)<0,& y>a \end{cases} \]

此时恒有 \(g'(y)<0\),故 \(g(y)\) 单减。夹一夹,\(g(\frac12)=\frac12>0\)\(g(1)=-2<0\)\(\exists a\in(\frac12,1),s.t.g(a)=0\)\(a\) 即为方程 \(-2x^{3}-x^{2}+1=0\) 的唯一实根。

总结

综上所述,\(y=x-2b\)\(C\) 的渐近线,其中 \(b=\frac{1}{6}\),以及 \(C\) 下方的一条切线是 \(y=x-2a\),其中 \(a=\sqrt[3]{\frac{53+6\sqrt{78}}{216}}+\sqrt[3]{\frac{53-6\sqrt{78}}{216}}-\frac{1}{6}\)。这两条直线夹住了 \(C\)

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