内容正文:
★建议总复习开始前使用
普通高等学校招生全国统一考试数学总复习
方法技巧普查卷
一、数学思想方法在函数与导数中的应用
1.(5分)若a>b>1,0<c<1,则下列说法中正确的是( C )
A.ac<bc B.abc<bac
C.alogbc<blogac D.logac<logbc
解析:(法一)对于选项A,可考虑利用函数y=xc求解.∵c>0,∴f(x)=xc为增函数.∵a>b,∴f(a)>f(b),即ac>bc,故选项A错误.
对于选项 B,不等式两边同除以ab, 则原不等式转化为 bc-1<ac-1.设函数f(x)=xc-1 .∵c<1,∴c-1<0,∴f(x)=xc-1为减函数.∵b<a,∴f(b)>f(a),即bc-1>ac-1,故选项B错误.
对于选项D,利用换底公式,可得logac=,logbc=,即<.∵0<c<1,∴lgc<0,∴>.又∵a>b>1,∴lga<lgb,即a<b.显然与已知矛盾,故选项D错误.
对于选项C,∵a>b>1,∴lga>lgb>0,∴>>0,∴>.∵0<c<1,∴lgc<0,∴<,∴alogbc<blogac,故选项C正确.
(法二)令a=4,b=2,c=,
选项 A:ac===2, bc==.
2<显然不成立.
选项B:abc=4,bac=2×=2×2=4.
4<4显然不成立.
选项C:alogbc=4×log2=4×(-1)=-4,blogac=2×log4=log42=log4=-1,-4<-1成立.
选项D:logac=log4=-,logbc=log2=-1.-<-1显然不成立.故选项C正确.
(本题普查利用指数函数、对数函数、幂函数的单调性或取特殊值法比较大小,以及函数与方程思想、一般与特殊思想的应用)
2.(5分)已知函数f(x)满足=1,若函数y=x3+1的图像与函数y=f(x)的图像有m个交点:(xi,yi),i=1,2,…,m,则i=( B )
A.0 B.m C.2m D.4m
解析:(法一)∵函数f(x)满足=1,∴函数f(x)的图像关于点(0,1)对称.易知函数y=x3+1的图像也关于点(0,1)对称,∴函数y=x3+1与f(x)的图像的交点可能为:①(0,1);②关于(0,1)对称的成对的点,且每对的纵坐标之和为2.若(0,1)不是两图像的交点,则两图像交点有对,i=2×=m;若(0,1)是两图像交点,则两图像交点还有对,i=1+2×=m.∴i=m.
(法二)令f(x)=x+1,显然满足=1.
由x+1=x3+1,即x=x3,解得x1=1,x2=-1,x3=0,
∴y=x+1,y=x3+1图像的交点为(1,2),(-1,0),(0,1) ,即m=3,∴i=1+2+0=3=m.
(本题普查利用函数的性质或取特殊函数解决问题,以及一般与特殊思想的应用)
3.(本小题满分15分)已知函数f(x)=ax3-3x2(a∈R).
(1)若x=1是函数f(x)的一个极值点,求a的值;
答案:a=2
解:∵f(x)=ax3-3x2,∴f′(x)=3ax2-6x.
∵x=1是函数f(x)的一个极值点,
∴f′(1)=0,即3a-6=0,解得a=2.(3分)
当a=2时,f′(x)=6x2-6x=6x(x-1).
当x>1时,f′(x)>0,f(x)单调递增;
当0<x<1时,f′(x)<0,f(x)单调递减,
∴x=1是函数f(x)的极小值点,故a的值为2.(4分)
(本题普查已知函数极值点求参数值的2个要领,以及函数与方程思想的应用)
(2)若函数f(x)在区间(-1,0)上是增函数,求a的取值范围;
答案:[-2,+∞)
解:(法一)依题意,得x∈(-1,0)时,f′(x)=3ax2-6x≥0恒成立,
等价于x∈(-1,0)时,(3ax2-6x)min≥0.(5分)
当a=0时,f(x)=-3x2在(-1,0)上显然是递增的;
当a>0时,f′(x)≥0在(-1,0)上显然成立;
当a<0时,若f′(x)≥0在(-1,0)上成立,
只需≤-1(或f′(-1)=3a+6≥0),解得-2≤a<0.
综上所述,a的取值范围是 [-2,+∞).(9分)
(法二)依题意,得x∈(-1,0)时,f′(x)=3ax2-6x≥0恒成立,即3ax2≥6x,x∈(-1,0)恒成立.(5分)
∵x2>0,∴a≥,x∈(-1,0)恒成立,等价于a≥max,x∈(-1,0).
当x∈(-1,0)时,反比例函数y=的值域是(-∞,-2),故a≥-2,即a的取值范围是 [-2,+∞).(9分)
(本题普查已知函数的单调性求参数范围问题的解题思路、恒成立问题的不同解法,以及转化与化归思想、分类与整合思想的应用)
(3)设函数g(x)=f(x)+f ′(x),x∈[0,2],其中f ′(x)是f(x)的导函数.若函数g(x)在x=0处取得最大值,求正数a的取值范围.
答案:
解:(法一)依题意,得g(x)=ax3-3x2+3ax2-6x=ax3+(3a-3)x2-6x,x∈[0,2].
∵函数g(x)在x=0处取得最大值,
∴g(x)≤g(0)=0恒成立,x∈[0,2],
即ax3+(3a-3)x2-6x≤0恒成立,x∈[0,2].(10分)
当x=0时,该不等式为0≤0,显然成立;(11分)
当0<x≤2时,该不等式可化为ax2+(3a-3)x-6≤0,
即a(x2+3x)≤3x+6,x∈(0,2]恒成立,
也即a≤,x∈(0,2]恒成立,
等价于a≤,x∈(0,2].(12分)
令h(x)=,x∈(0,2],
则h(x)======.
∵y=x+1和y=-在(0,2]上单调递增,
∴y=x+1-在(0,2]上单调递增,
∴y=x+1-在(0,2]上的值域是,
∴h(x)=在(0,2]上的值域是,
∴a≤,故正数a的取值范围是.(15分)
(法二)由法一知ax3+(3a-3)x2-6x≤0恒成立,x∈[0,2].(10分)
当x=0时,该不等式为0≤0,显然成立;(11分)
当0<x≤2时,该不等式可化为ax2+(3a-3)x-6≤0.
令φ(x)=ax2+(3a-3)x-6,x∈(0,2],
则只需φ(x)max≤0即可.(12分)
∵φ(x)=ax2+(3a-3)x-6的图像是开口向上的抛物线,它的最大值只可能在端点处取得,
又∵φ(0)=-6,∴只需φ(2)=10a-12≤0即可,解得a≤,
故正数a的取值范围是.(15分)
(法三)依题意,得g(x)=ax3-3x2+3ax2-6x=ax3+(3a-3)x2-6x,x∈[0,2].
∴g′(x)=3ax2+6(a-1)x-6=3[ax2+2(a-1)x-2],x∈(0,2).(10分)
令g′(x)=0,得ax2+2(a-1)x-2=0,
则Δ=4(a-1)2+8a=4a2+4>0.
设g′(x)的两个零点分别是x1,x2,
由根与系数的关系,得x1x2=-<0.
不妨设x1<0<x2.
若x2≥2,
当x∈(0,2)时,g′(x)=3a(x-x1)(x-x2)<0,
∴g(x)在[0,2]上单调递减,最大值为g(0).(12分)
若0<x2<2,
当x∈(0,x2)时,g′(x)=3a(x-x1)(x-x2)<0,
当x∈(x2,2)时,g′(x)=3a(x-x1)(x-x2)>0,
∴g(x)在(0,x2)上单调递减,在(x2,2)上单调递增,
∴g(x)在[0,2]上的最大值只能是g(0)或g(2).(14分)
综上所述,要使得函数g(x)在x=0处取得最大值,只需保证g(0)≥g(2),即0≥20a-24,解得a≤,故正数a的取值范围是.(15分)
(本题普查已知函数最值求参数范围问题的解法、恒成立问题的不同解法,以及函数与方程思想、数形结合思想的应用)
4.(本小题满分8分)设函数f(x)=ln(x+1)+m(x2-x).若对任意的t∈R,都有f(t2)≥0,求实数m的取值范围.
答案:[0,1]
解:要满足对任意的t∈R,都有f(t2)≥0,
只需对任意的x∈[0,+∞),都有f(x)≥0.(1分)
f′(x)=+m(2x-1)=,x∈[0,+∞).
当0≤m≤1时,f′(x)≥0,
函数f(x)在[0,+∞)上单调递增.
又∵f(0)=ln(0+1)+m(02-0)=0,
∴对任意的x∈[0,+∞), f(x)≥0恒成立,
∴当0≤m≤1时,符合题意.(4分)
当m<0或m>1时,假设存在x0≥0,使得f(x0)<0,即f(x0)=ln(x0+1)+m(x-x0)<0.
令y=ex-x-1(x≥0),得y′=ex-1≥0(x≥0),
∴函数y=ex-x-1在[0,+∞)上单调递增,
∴(ex-x-1)min=e0-0-1=0,∴ex≥x+1(x≥0),
两边同时取自然对数,得x≥ln(x+1)(x≥0),
∴ln(x0+1)≤x0,∴ln(x0+1)+m(x-x0)≤x0+m(x-x0),
∴若要满足ln(x0+1)+m(x-x0)<0,只需x0+m(x-x0)<0.
当x0=0时,显然不满足x0+m(x-x0)<0;
当x0>0时,x0+m(x-x0)<0两边同除以x0,得1+m(x0-1)<0,即mx0<m-1.
当m<0时,解得 x0>,
∴当m<0时,存在x0>,满足x0+m(x-x0)<0,
∴f(x0)=ln(x0+1)+m(x-x0)<0.
当m>1时,解得 x0<,
∴当m>1时,存在0<x0<,满足x0+m(x-x0)<0,
∴f(x0)=ln(x0+1)+m(x-x0)<0.
综上,当m<0或m>1时,存在x0≥0,使得f(x0)<0,即m<0或m>1不满足题意,(7分)
∴实数m的取值范围为[0,1].(8分)
(本题普查恒成立问题的解法、先猜再证的解题方法、不等式的放缩技巧,以及转化与化归思想、分类与整合思想、函数与方程思想的应用)
二、数学思想方法在三角函数与解三角形中的应用
1.(5分)函数f(x)=(sin x+cos x)(cos x-sin x)的最小正周期是( B )
A. B.π C. D.2π
解析:(法一)由题意得
f(x)=3sinxcosx-sin2x+cos2x-sinxcosx
=-sin2x+cos2x+2sinxcosx
=(cos2x-sin2x)+sin2x
=sin2x+cos2x=2sin,
∴T==π.故选B .
(法二)由题意得
f(x)=2×2
=2sin×2cos=2sin2
=2sin,∴T==π.故选B .
(法三)∵f(x+2π)=[sin(x+2π)+cos(x+2π)]·[cos(x+2π)-sin(x+2π)]
=(sinx+cosx)(cosx-sinx)=f(x),
∴2π是函数f(x)的一个周期.
∵f(x+π)=[sin(x+π)+cos(x+π)]·[cos(x+π)-sin(x+π)]
=(sinx+cosx)(cosx-sinx)=f(x),
∴π是函数f(x)的一个周期.
∵> π,且π是函数f(x)的一个周期,
∴不是函数f(x)的最小正周期.
∵f(0)=(sin0+cos0)×(cos0-sin0)=,
f=×(cos-sin)=-,
∴f(0)≠f,∴不是函数f(x)的周期.
综上可知,故选B.
(本题普查判断三角函数的周期的两种方法、三角恒等变换的不同方法,以及一般与特殊思想的应用)
2.(5分)为了得到函数y=cos x的图像,只需把函数y=sin 的图像上所有点的横坐标变为原来的__2倍__(纵坐标不变),再将图像向__左__平移__(答案不唯一)__个单位长度.
解析:y=cosx=sin.
y=sin图像上所有点的纵坐标不变,横坐标变为原来的2倍,得到y=sin的图像;y=sin图像上所有点向左平移个单位长度,得到y=sin的图像.
(本题普查三角函数图像变换的不同方法,以及数形结合思想、一般与特殊思想的应用)
3.(本小题满分12分)在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,且满足(2a-c)cos B=bcos C.
(1)求角B的大小;
答案:
解:(法一)由余弦定理可得cosB=,cosC=,
将其代入(2a- c)cos B = bcos C 得(2a-c)·=b·,
化简整理得a2+c2-b2=ac,(4分)
∴cosB===.(5分)
又∵角 B 是△ABC 的内角,∴B =.(6分)
(法二)由正弦定理==得(2sinA-sinC)·cosB=sinBcosC,
∴2sinAcosB-sinCcosB=sinBcosC,即2sinAcosB=sinBcosC+sinCcosB,
∴2sinAcosB=sin(B+C).
∵A+B+C=π,∴B+C=π-A,∴sin(B+C)=sin(π-A)=sinA,
∴2sinAcosB=sinA.(4分)
∵0< A <π,∴sinA≠0,∴2cosB=1,即cosB=.(5分)
∵0< B <π,∴B =.(6分)
(本题普查利用“边化角”“角化边”的方法求角,以及转化与化归思想的应用)
(2)若b=,a+c=4,求△ABC的面积.
答案:
解析:∵B =,∴S△ABC=acsinB=acsin60°=×ac=ac.(7分)
由余弦定理知b2=a2+c2-2accosB.
又∵B =,b=, ∴()2=a2+c2-2×ac,∴7=a2+c2-ac.①(9分)
∵a + c = 4,∴(a+c)2=16,∴a2+2ac+c2=16.②(11分)
②-①,得3ac=9,即ac=3,
∴S△ABC=ac=×3=,∴△ABC的面积为.(12分)
(本题普查三角形的面积公式、整体代入的解题技巧,以及函数与方程思想的应用)
三、数学思想方法在数列中的应用
1.(5分)已知数列{an}是等差数列,其前n项和为Sn,若S9=36,则a3+a4+a8=__12__.
解析:(法一)由等差数列的前n项和公式,得S9=9a1+d=36,即9a1+36d=36,
∴a3+a4+a8=a1+2d+a1+3d+a1+7d=3a1+12d=(9a1+36d)=12.
(法二)∵S9===9a5=36,
∴a5=4,∴a3+a4+a8=a1+2d+a1+3d+a1+7d=3a1+12d=3(a1+4d)=3a5=12.
(法三)∵S9===9a5=36,
∴a5=4,∴a3+a4+a8=(a3+a8)+a4=a5+a6+a4=3a5=12.
(法四)由题意,易知S9=a1+a2+…+a9=36.
特殊地,假设数列{an}是常数列,
则a1=a2=…=a9=4,∴a3+a4+a8=3×4=12.
(本题普查利用等差数列的基本公式、基本性质或利用特殊值法解题,以及一般与特殊思想的应用)
2.(本小题满分15分)已知数列{an}的前n项和为Sn,a1≠a2,Sn=pnan,n∈N*.
(1)求p的值;
答案:
解:令n=1,得S1=a1=pa1,解得a1=0或p=1.
当p=1时,Sn=nan.
令n=2,得S2=a1+a2=2a2,
所以a1=a2,与题意矛盾,所以a1=0.(2分)
令n=2,由题意得S2=a1+a2=2pa2,
因为a2≠0,所以p=.(4分)
(本题普查通过对特例的研究得到一般情况的方法,以及一般与特殊思想的应用)
(2)试问数列{an}是否为等差数列或等比数列?
答案:{an}为等差数列
解:(法一)由(1)知p=,a1=0,
所以Sn=,所以Sn-1=,n≥2,
所以an=Sn-Sn-1=-,
即(n-2)an=(n-1)an-1,即=,n≥3,(7分)
所以=,…,=,
所有等式左右两边分别相乘,得
··…·=··…·,
所以=n-1,所以an=(n-1)a2,n≥3.(8分)
易验证当n=1,2时,满足上式,
所以数列{an}的通项公式为 an=(n-1)a2.
易求得an-an-1=a2,
所以数列{an}是等差数列.(9分)
(法二)由(1)知p=,a1=0,所以Sn=,
所以Sn-1=,n≥2,
两式相减,得an=-,
即(n-2)an=(n-1)an-1,
即==,n≥3,(7分)
所以=…=,n≥2,
所以数列(n≥2)是常数列,
所以=a2,即an=(n-1)a2,n≥2.
易验证当n=1时,满足上式.
同法一可得数列{an}是等差数列.(9分)
(本题普查Sn 与an的关系、证明数列{an}是等差数列的不同方法,以及转化与化归思想的应用)
(3)令bn=+,证明:2n<b1+b2+…+bn<2n+3.
答案:见证明过程
证明:由(1)(2)可知,Sn=,an=(n-1)a2,
所以Sn=,Sn+1=,Sn+2=,
所以bn=+=+>2=2,
所以b1+b2+…+bn>2n.(11分)
又bn=+=1++1-=2+2,
所以b1+b2+…+bn=++…+[2+2]
=2n+2(1-+-+-+…+-+-)
=2n+2<2n+2×=2n+3.
综上,2n<b1+b2+…+bn<2n+3.(15分)
(本题普查裂项相消法求和、放缩法证明不等式,以及转化与化归思想的应用)
3.(5分)已知Sn为数列{an}的前n项和,且an>0,Sn=(n∈N*),则S100=__10__.
解析:(法一)∵Sn=,∴Sn-1=(n≥2),
∴an=Sn-Sn-1=-(an-1+)(n≥2),即2an=an+-an-1-(n≥2),整理得an-=-(n≥2),
两边平方,得a+-2=a++2(n≥2),
即a+=a++4(n≥2).
∵S1=a1=,∴2a1=a1+,∴a1=.
又∵an>0,∴a1=1,
∴数列是以2为首项,4为公差的等差数列,
∴a+=2+4(n-1)=4n-2,
∴a++2=4n,即2=4n,∴an+=2,
∴Sn==×2=,∴S100==10.
(法二)∵Sn=,且an=Sn-Sn-1(n≥2),∴Sn=(n≥2),
即Sn+Sn-1=(n≥2),即S-S=1(n≥2).
∵同法一得a1=1,∴S=1,
∴数列{S}是以1为首项,1为公差的等差数列,
∴S=n,∴Sn=,∴S100==10.
(法三)当n=1时,S1=a1=,
∴2a1=a1+,∴a1=,∴a=1.
又∵an>0,∴a1=1.
当n=2时,S2=a1+a2=,
∴2+2a2=a2+,即a+2a2-1=0.
∵an>0,∴解得a2=-1.
当n=3时,S3=a1+a2+a3=,
即1+-1+a3=.
∵an>0,∴解得a3=-.
将a1,a2,a3分别代入Sn=中,可得S1=1,S2=,S3=,
∴由规律可知S100==10.
(本题普查Sn 与an的关系、等差数列的定义,以及一般与特殊思想的应用)
4.(5分)设等比数列{an}满足a1+a3=10,a2+a4=5,则a1a2…an的最大值为__64__.
解析:设数列{an}的公比为q.求数列{an}的通项:
(法一)由等比数列的通项公式,
可知解得
∴数列{an}的通项公式为an=8×.
(法二)∵a2+a4=a1q+a3q=(a1+a3)q=5,a1+a3=10,∴10q=5,解得q=.
又∵a1+a3=a1+a1q2=10,∴a1+a1=10,解得a1=8.
∴数列{an}的通项公式为an=8×.
求积的最大值:
(法一)a1a2…an=8×××…×[8×n-1]
=8n×1+2+…+(n-1)=8n×
=-3n×=
=.
令u=g(n)=n2-n,则.
∵y=u是减函数,
∴当u=g(n)=n2-n取最小值时,y=u取最大值.
∵g(n)=n2-n=2-,n∈N*.
根据二次函数的性质,可知
当n=3或n=4时,g(n)min=g(3)=-=-6,
∴=-6=64,
∴a1a2…an的最大值为64.
(法二)∵a1=8,q=,
∴a1=8,a2=4,a3=2,a4=1,a5=,a6=,…,
∴(a1a2…an)max=a1·a2·a3=8×4×2=64,
∴a1a2…an的最大值为64.
(本题普查等比数列的基本公式和基本性质、等差数列的基本公式,以及函数与方程思想、一般与特殊思想的应用)
5.(本小题满分10分)设Sn为等差数列{an}的前n项和,S8=72,且______.判断是否存在正整数k,使得a1,ak,Sk+2成等比数列.若存在,求出k的值;若不存在,请说明理由.
从①a4=8;②a=a;③a6+a7+a8=12这三个条件中任选一个,补充在上面的问题中并作答.
答案:选①,存在,k=6;选②,不存在,理由见解答过程;选③,不存在,理由见解答过程
解:设数列{an}的公差为d.
选①,存在正整数k=6,使得a1,ak,Sk+2成等比数列.(1分)
由a4=8,S8=72,可得解得(4分)
∴Sn=2n+×2=n2+n,an=2+2(n-1)=2n.(7分)
假设存在正整数k,使得a1,ak,Sk+2成等比数列,
则a=a1·Sk+2,即(2k)2=2×[(k+2)2+(k+2)],整理得k2-5k-6=0,
解得k=6或k=-1.(9分)
∵k为正整数,∴k=6.
故存在正整数k=6,使a1,ak,Sk+2成等比数列.(10分)
选②,不存在正整数k,使得a1,ak,Sk+2成等比数列.(1分)
理由如下:由a=a,可得a=(a1+8d)2,即a1+4d=0或d=0.
当d=0时,由S8=72,得a1=9,此时an=a1=9,Sn=9n.
假设存在正整数k,使得a1,ak,Sk+2成等比数列,
则a=a1·Sk+2,即92=9×9(k+2),解得k=-1,不符合题意.(3分)
当a1+4d=0时,由S8=72,得8a1+d=-32d+28d=-4d=72,
解得d=-18,∴a1=72,(5分)
∴Sn=72n+×(-18)=-9n2+81n,an=72-18(n-1)=-18n+90.(7分)
假设存在正整数k,使得a1,ak,Sk+2成等比数列,
则a=a1·Sk+2,即(-18k+90)2=72×[-9(k+2)2+81(k+2)],
整理得3k2-20k-3=0,解得k=(10-)或k=(10+),均不符合题意.(9分)
综上,不存在正整数k,使a1,ak,Sk+2成等比数列.(10分)
选③,不存在正整数k,使得a1,ak,Sk+2成等比数列.(1分)
理由如下:由a6+a7+a8=12,可得3a7=3(a1+6d)=12,即a1+6d=4.①
由S8=72,得8a1+d=72.②
联立①②,解得(5分)
∴Sn=16n+×(-2)=-n2+17n,an=16-2(n-1)=-2n+18.(7分)
假设存在正整数k,使得a1,ak,Sk+2成等比数列,
则a=a1·Sk+2,即(-2k+18)2=16×[-(k+2)2+17(k+2)],
整理得5k2-70k-39=0,解得k=(35-2)或k=(35+2).(9分)
∵k为正整数,∴不存在正整数k,使a1,ak,Sk+2成等比数列.(10分)
(本题普查等差数列的基本公式、等比数列的基本性质,以及函数与方程思想的应用)
6.(本小题满分12分)若数列{an}的各项均为正整数,且满足①an+1>an恒成立;②对任意m,n∈N*,都存在t∈N*,且t≠m,t≠n,使得am·an=at,则称数列{an}为“封闭数列”.
(1)已知公比为q的等比数列{an}为“封闭数列”,且a1=2,求q的值;
答案:q=2
解:当m=n=1时,am·an=a=4.
因为等比数列{an}为“封闭数列”,
所以存在t≥2,且t∈N*,使得at=4,所以qt-1==2.
因为{an}的各项均为正整数,且an+1>an,所以q为正整数,且q>1, 又因为t-1≥1,所以lnq≤ln2,即q≤2,所以q=2.(3分)
(本题普查通过特例求解问题的方法,以及一般与特殊思想的应用)
(2)已知数列{an}为“封闭数列”,若a1=3,a4=36,求a2的取值集合;
答案:{9}
解:同(1)可得a=9是数列{an}中的项.
因为{an}的各项均为正整数,且an+1>an,a1=3,a4=36,所以a2=9或a3=9.(4分)
①若a2=9,当m=n=2时,a=81>36;当m=1,n=2时,a1·a2=27,即存在t∈N*,使得at=27是数列{an}中的项.
又an+1>an,9<27<36,即a2<at<a4,所以2<t<4,所以a3=27,所以a2=9符合题意.(5分)
②若a3=9,则当m=1,n=3时,am·an=a1·a3=27,同①可得3<t<4,不符合题意.
综上,a2的取值集合为{9}.(7分)
(本题普查对陌生知识的理解运用与知识迁移能力,以及分类与整合思想的应用)
(3)已知数列{an}为“封闭数列”,若an-1·an·an+1=8n(n≥2),求数列{an}的通项公式.
答案:an=2n
解:因为an-1·an·an+1=8n(n≥2)①,
所以an·an+1·an+2=8n+1②,
②÷①得=8(n≥2).令n=2,得a4=8a1.
又因为an+1>an,所以a1<a2<a3<a4=8a1.
当n=2时,有a1·a2·a3=82=64.
因为a2<8a1,a3<8a1,所以a1·a2·a3<64a,所以64<64a,所以a1>1,
而a1是正整数,所以a1≥2.
因为a1<a2<a3,所以a1·a2·a3>a1·a1·a1,即64>a,即a1<4,所以a1=2或a1=3.(9分)
当a1=3时,a2·a3=∉N*,不符合题意;
当a1=2时,a2·a3=32,且2<a2<a3<16.
又因为a=4是数列{an}中的项,所以易得a2=4,a3==8.
由an+2=8an-1(n≥2),可得数列{a3k-2}(k∈N*),
{a3k-1}(k∈N*)和{a3k}(k∈N*)都是等比数列.
当n=3k-2(k∈N*)时,an=a1·8k-1=2·23k-3=23k-2=2n;
当n=3k-1(k∈N*)时,an=a2·8k-1=4·23k-3=23k-1=2n;
当n=3k(k∈N*)时,an=a3·8k-1=8·23k-3=23k=2n.
综上,数列{an}的通项公式为an=2n.(12分)
(本题普查等比数列的定义,以及分类与整合思想的应用)
四、数学思想方法在不等式中的应用
1.(5分)若正数a,b满足a≥4,ab=a+b+3,则ab的取值范围是____.
解析:(法一)∵a≥4,ab=a+b+3,∴b=,
∴ab===(a-1)++5.
令a-1=x,x≥3,则ab=x++5.
易知函数y=x+在[2,+∞)上单调递增,
∴ab=x++5在[3,+∞)上单调递增,
∴当x=3,即a=4时,ab 取得最小值3++5=,∴ab 的取值范围是.
(法二)∵a≥4,ab=a+b+3,∴b=,
∴ab===(a-1)++5=(a-1)++5-.
由均值不等式,知(a-1)+≥2=6,
当且仅当a-1=,即a=4时等号成立.
又∵y=5-在[4,+∞)上单调递增,
∴当a=4时,y=5-取得最小值,
∴(a-1)++5-≥6+=,
∴ab 的取值范围是.
(本题普查利用基本不等式或利用函数的单调性求代数式的取值范围,以及函数与方程思想的应用)
2.(本小题满分5分)已知a>0,b>0,4a+b=1,求+的最小值.
答案:9
解:(法一)将4a+b=1代入+中,得
+=4+++1=5++≥5+2=5+4=9,(3分)
当且仅当=,即b=2a时取等号,
∴+的最小值为9.(5分)
(法二)∵4a+b=1,∴b=1-4a.
将b=1-4a代入+中,得+=+.(1分)
∵a>0,b=1-4a>0,∴0<a<.
设f(a)=+,则
f(a)==
=-.(2分)
又∵0<a<,∴1-3a>0,
∴(1-3a)+≥2=,
当且仅当(1-3a)=,即a=时取等号.(4分)
易得(1-3a)-+<,
∴≤-9,
∴f(a)=-≥9,
∴f(a)min=9.(5分)
(法三)由解法二,得f(a)=+,0<a<,
则f′(a)==-.(2分)
令f′(a)>0,解得<a<;
令f′(a)<0,解得0<a<,
∴f(a)在上单调递减,在上单调递增,∴f(a)min=f=6+3=9.(5分)
(本题普查基本不等式、1的代换的妙用、消参后利用导数求最值,以及函数与方程思想的应用)
3.(5分)函数y=+的值域是____.
解析:∵sinx≥0,cosx≥0,∴≥.
∵sinx+cosx=sin,≤x+≤,
∴≤sin≤1,∴1≤sinx+cosx≤,
∴+≤2≤2=,
当且仅当x=时,+=.
由题知y2=(+)2=sinx+cosx+2.
令t=sinx+cosx,由上可知1≤sinx+cosx≤,
∴t∈[1,],∴t2=sin2x+cos2x+2sinxcosx=1+2sinxcosx,即sinxcosx=,
∴y2=sinx+cosx+2=t+2=t+,t∈[1,].
∵y2=t+在[1,]上单调递增,
∴(y2)min=1+=1.
又∵y=+≥0,∴ymin==1,∴y=+的值域是.
(本题普查三角函数的性质、利用函数的单调性求值域、利用特殊值猜想问题答案,以及函数与方程思想的应用)
4.(5分)若不等式x2+ax+1≥0对于任意的x∈恒成立,则a的最小值是( C )
A.0 B.-2 C.- D.-3
解析:(法一)∵x2+ax+1≥0对于任意的x∈恒成立,令f(x)=x2+ax+1,x∈,∴只需f(x)min≥0成立即可.
①当0≤-≤,即-1≤a≤0时,f(x)min=f=,
∴≥0,解得-2≤a≤2,∴-1≤a≤0;
②当-<0,即a>0时,f(x)min=f(0)=1,1≥0显然成立,∴a>0;
③当->,即a<-1时,f(x)min=f=,
∴≥0,解得a≥-,∴-≤a<-1.
综合①②③,得a≥-,∴a 的最小值为-,故选C.
(法二)当x=0时,显然有1≥0成立;
当x≠0时,∵x2+ax+1≥0,∴ax≥-x2-1.
又∵0<x≤,∴a≥-x-,即a≥max.
令f(x)=x+,由对勾函数的性质,得f(x)在上单调递减,
∴f(x)min=f=+2=,即min=,∴max=-,
∴a≥-,∴a 的最小值为-,故选C.
(本题普查恒成立问题的不同解题方法,以及函数与方程思想的应用)
五、数学思想方法在立体几何中的应用
1.(本小题满分12分)在直三棱柱ABC-A1B1C1中,△ABC为等腰直角三角形,∠ACB=90°,且AA1=2,点D,E分别为CC1,A1B的中点,点E在平面ABD上的射影为△ABD的重心G.
(1)求证:AB⊥平面DEG;
答案:见证明过程
证明:由直棱柱的性质得C1C⊥平面ABC,∴C1C⊥AC,C1C⊥BC.
∵△ABC是等腰直角三角形,且∠ACB=90°,∴AC=BC.
又∵DC=DC,∠DCA=∠DCB=90°,∴△ADC≌△BDC,∴DA=DB.
∵点G为△ABD的重心,∴延长DG交AB于点F,有DF⊥AB,如图1所示.(2分)
图1
∵点G是点E在平面ABD上的射影,∴EG⊥平面ABD.
∵AB⊂平面ABD,∴EG⊥AB.(4分)
又∵EG∩DF=G,∴AB⊥平面DEG.(5分)
(本题普查证明线面垂直的方法,以及数形结合思想的应用)
(2)求直线A1B与平面ABD所成角的余弦值.
答案:
解:(法一)如图2,连接EF,CF.
在△A1AB中,点E,F分别为A1B,AB的中点,∴EF∥A1A,EF =A1A.
又∵点D是棱C1C的中点, ∴CD∥A1A,CD =C1C =A1A,
∴CD∥EF,CD =EF,∴四边形DEFC是平行四边形.
∵C1C⊥平面ABC,且CF⊂平面ABC,
∴C1C⊥CF,∴平行四边形 DEFC 是矩形.
∵点G是△ABD的重心,∴点 G 是中线 DF 上靠近点 F 的三等分点,即FG =DF.
∵EG⊥平面ABD,DF⊂平面ABD,∴EG⊥DF.
又∵在矩形 DEFC 中,∠DEF=90°,
∴△DEF是直角三角形,∴EF2=FG·FD.
∵EF=A1A ,A1A=2,∴ EF=1,
∴FG·FD =1,∴FG =,DF =.
在Rt△DCF中,利用勾股定理,得
CF===.
∵在等腰直角△ABC 中,∠ACB=90°,
∴AC=BC===2.(8分)
建立如图2所示的空间直角坐标系C-xyz,
图2
则C(0,0,0),A(2,0,0),B(0,2,0),D(0,0,1),A1(2,0,2),
∴G,E=(1,1,1),∴=,=(-1,1,-1).
∵EG⊥平面ABD,∴是平面ABD的一个法向量.(10分)
设直线 A1B 与平面 ABD 所成的角为θ,
∴sinθ=|cos,|=
==.
又∵θ∈,∴cosθ===.
故直线A1B与平面ABD所成角的余弦值为.(12分)
(法二)如图3,连接BG,EF,CF.
图3
∵EG⊥平面ABD,∴∠EBG 是直线A1B与平面ABD所成的角.(6分)
由解法一可知EF=1,FG =,
∴在Rt△EFG中,由勾股定理,得
EG===.
由解法一可知BC=AC=2,
∴在等腰直角三角形ABC中,由勾股定理,得
AB===2,
∴在Rt△ABA1中,由勾股定理,得
A1B===2.(10分)
∵点E是A1B的中点,∴BE=,
∴在Rt△BGE中,由勾股定理,得BG===,
∴cos∠GBE===.
故直线A1B与平面ABD所成角的余弦值为.(12分)
(法三)建立如图4所示的空间直角坐标系C-xyz,
图4
则C(0,0,0),D(0,0,1).设AC =BC=a,
则A(a,0,0),B(0,a,0),A1(a,0,2).
∵E是A1 B 的中点,∴E.
∵G是△ABD的重心,∴G.
∴=,=(0, -a,1).
∵EG⊥平面ABD ,BD⊂平面ABD,
∴EG⊥BD ,即⊥,∴·=0,
∴·=·(0,-a,1)=0,
即-=0,解得a=2或a=-2(舍).(6分)
连接BG.∵EG⊥平面ABD,∴∠EBG是直线A1B与平面ABD所成的角.(8分)
由上可知G,E(1,1,1),B(0,2,0),
∴=,=(1,-1,1),(10分)
∴cos∠EBG===.
故直线A1B与平面ABD所成角的余弦值为 .(12分)
(本题普查利用几何法和向量法求线面角,以及数形结合思想、转化与化归思想的应用)
2.(多选)(5分)大摆锤是一种大型游乐设备(如图),游客坐在圆形的座舱中,面向外,通常大摆锤以压肩作为安全束缚,配以安全带作为二次保险,座舱旋转的同时,悬挂座舱的主轴在电机的驱动下作单摆运动.假设小明坐在点A处,“大摆锤”启动后,主轴OB在平面α内绕点O左右摆动,平面α与水平地面垂直,OB摆动的过程中,点A在平面β内绕点B作圆周运动,并且始终保持OB⊥β,B∈β.设OB=4AB,在“大摆锤”启动后,下列结论正确的是( ABD )
A.点A在某个定球面上运动
B.β与水平地面所成锐角记为θ,直线OB与水平地面所成角记为δ,则θ+δ为定值
C.AB⊥α
D.直线OA与平面α所成角的正弦值的最大值为
解析:因为点A在平面β内绕点B作圆周运动,并且始终保持OB⊥β,B∈β,所以AB⊂β,所以OB⊥AB,所以OA=.又因为OB,AB的长为定值,所以OA的长也是定值,所以点A在某个定球面上运动,故A正确.
作出简图如下,因为OB⊥l,所以θ+δ=,故B正确.
设α∩β=m,因为B是平面α和平面β的公共点,所以B∈m.若AB⊥α,则AB⊥m.因为在平面β内,点A在以点B为圆心,AB为半径的圆上运动,所以AB不一定垂直直线m,出现矛盾,故C不正确;
设AB=a,则OB=4a,OA==a.当AB⊥α时,直线OA与平面α所成角最大,所成角的正弦值也最大,此时直线OA与平面α所成角的正弦值为=,故D正确.故选ABD.
(本题普查线面垂直的性质、几何法求线面角,以及直观想象的学科素养、数形结合思想的应用)
六、数学思想方法在解析几何中的应用
1.(本小题满分12分)已知抛物线C:y2=2px过点(1,2),直线l:x=my-4与抛物线交于两个不同点A,B,点A与点A′关于x轴对称.
(1)求m的取值范围;
答案:(-∞,-2)∪(2,+∞)
解:∵抛物线C:y2=2px过点(1,2),即22=2p,解得p=2,
∴抛物线C的方程为y2=4x.(2分)
联立直线l与抛物线C的方程,得
整理得y2-4my+16=0.
∵直线l与抛物线C有两个不同的交点,
∴Δ=16m2-64>0,解得m>2或m<-2,
∴m的取值范围为(-∞,-2)∪(2,+∞).(5分)
(本题普查直线与抛物线的位置关系以及转化与化归思想的应用)
(2)试判断直线A′B是否恒过定点,并证明你的结论.
答案:直线A′B过定点,证明见解答过程
解:直线A′B恒过定点,证明如下:
(法一)设A(x1,y1),B(x2,y2),不妨令y1<y2.
联立直线 l 与抛物线 C 的方程,得
消去 x,整理得y2-4my+16=0,
解得y=2m±2,∴y1=2m-2,
∴x1=my1-4=2m2-2m-4,
∴A(2m2-2m-4,2m-2).
同理可得B(2m2+2m-4,2m+2).(8分)
∵点 A与点A′关于x轴对称,
∴A′(2m2-2m-4,-2m+2),
∴直线A′B的方程为=,
代入坐标,整理得y-(2-2m)=[x-(2m2-2m-4)],(10分)
两边同乘,化简整理得y=x-4,令y=0,则x=4,∴直线A′B恒过定点(4,0).(12分)
(法二)设A(x1,y1),B(x2,y2),则A′(x1,-y1).
联立直线 l 与抛物线 C 的方程,得
消去 x,整理得y2-4my+16=0,
∴y1+y2=4m,y1y2=16.(7分)
由A′,B的坐标可得直线A′B的方程为y-y2=·(x-x2).
又∵点A′,B都在抛物线C上,∴x2=,x1=,代入直线A′B的方程,整理得y=(x-x2)+y2,即y=(x-x2)+y2,
即y=+y2=.(10分)
将y1y2=16代入上式,得y=,
即y=(x-4),令x=4,则y=0,
∴直线A′B恒过定点(4,0).(12分)
(法三)设A(x1,y1),B(x2,y2),则A′(x1,-y1).
联立直线 l 与抛物线 C 的方程,得
消去 x,整理得y2-4my+16=0.(7分)
由A′,B的坐标可得直线A′B的方程为y-y2=·(x-x2).
令y=0,则
x=-y2·+x2====y1y2=×16=4,
∴直线A′B恒过定点(4,0).(12分)
(法四)设A(x1,y1),B(x2,y2),则A′(x1,-y1).
联立直线 l 与抛物线 C 的方程,得
消去 x,整理得y2-4my+16=0,∴y1y2=16.(7分)
设直线A′B的方程为x=ny+t,
联立直线A′B与抛物线C的方程,得
整理得y2-4ny-4t=0,∴-y1y2=-4t=-16,
解得t = 4,∴直线A′B的方程为x=ny+4,
∴直线A′B恒过定点(4,0).(12分)
(本题普查直线过定点问题的不同解法,以及数形结合思想、函数与方程思想的应用)
2.(本小题满分12分)已知点A,B是抛物线y2=9x上的两个动点,设直线OA,OB的斜率分别为k1,k2,且k1k2=-3.
(1)求证:直线AB过定点;
答案:见证明过程
证明:设直线AB的方程为x=my+t(t≠0),A(x1,y1),B(x2,y2).
联立直线AB与抛物线的方程,得
整理得y2-9my-9t=0,
由根与系数的关系,得y1y2=-9t,y1+y2=9m,
∴x1x2=(my1+t)(my2+t)=t2.(3分)
又∵k1k2=-3,∴=-3,即=-3,
解得t=3,∴直线AB的方程为x=my+3,
∴直线AB过定点,定点为(3,0).(6分)
(本题普查直线与抛物线的位置关系、直线过定点的证明,以及一般与特殊思想、数形结合思想的应用)
(2)求△AOB面积的最小值.
答案:9
解:由(1)可知直线AB恒过定点(3,0),y1y2=-27,y1+y2=9m.
(法一)∵S△AOB=×3×|y1-y2|==,(9分)
且易知当m=0时,S△AOB取最小值9,
∴△AOB面积的最小值为 9 .(12分)
(法二)∵S△AOB=×3×|y1-y2|≥×2=×2=9,
当且仅当y1=-y2时,等号成立,
∴△AOB面积的最小值为 9 .(12分)
(本题普查利用分割法求三角形的面积,利用基本不等式或函数的性质求最值,以及函数与方程思想、数形结合思想的应用)
3.(本小题满分12分)已知P为椭圆M:+=1上一动点,点F1(-1,0)是椭圆M的左焦点,且的最大值为3,过点F1的直线l(不与x轴重合)交椭圆M于A,B两点.
(1)求椭圆M的方程;
答案:+=1
解:∵左焦点坐标为F1(-1,0),∴c=1.(1分)
设P点坐标为(x,y), ∴|PF1|=.
由+=1,得y2=b2-x2,|PF1|=.
∵c=1,∴c2=1,∴b2=a2-c2=a2-1,
∴|PF1|==.(3分)
∵函数f(x)=+2x+1+a2-1图像的对称轴为x=-a2<0,且图像开口向上,x∈[-a,a],a>1,易知f(x)max=f(a)=1+2a+a2,
∴|PF1|max===a+1.
又∵|PF1|的最大值为3,
∴a+1=3,∴a=2,∴b2=a2-c2=3,
∴椭圆 M 的方程为+=1.(6分)
(本题普查椭圆的基本性质,以及函数与方程思想的应用)
(2)设椭圆的左顶点为C,是否存在直线l,使得∠ABC=90°,若存在,求出直线l的方程,若不存在,说明理由.
答案:不存在,理由见解答过程
解:(法一)设点B的坐标为(x2,y2),-2<x2<2.
假设存在直线l,使得∠ABC=90°.
易知C(-2,0),F1(-1,0),
∴=(-2-x2,-y2),=(-1-x2,-y2),
∴·=(-1-x2)(-2-x2)+y=0,
即x+3x2+2+y=0.(8分)
又∵点 B 在椭圆上,∴+=1,
两式联立,得
整理得x+12x2+20=0,解得x2=-2或x2=-10.
∵-2<x2<2,∴不存在直线l,使得 ∠ABC=90°.(12分)
(法二)设直线 l 的方程为x=my-1,A(x1,y1),B(x2,y2).
联立直线l与椭圆M的方程,得
消去x,整理得(3m2+4)y2-6my-9=0,
∴由韦达定理,得y1+y2=,y1y2=.(8分)
∵C(-2,0),∴·=(x1+2,y1)·(x2+2,y2).
∵点A,B在直线l上,∴x1=my1-1,x2=my2-1,
∴·=(my1+1,y1)·(my2+1,y2)
=(my1+1)(my2+1)+y1y2=(m2+1)y1y2+m(y1+y2)+1
=(m2+1)·+m·+1=<0.(10分)
∵cos∠ACB=<0,∴∠ACB>90°,∴∠ABC≠90°.(12分)
(本题普查从不同的角度解决椭圆中的存在性问题,以及函数与方程思想的应用)
4.(本小题满分7分)如图,椭圆x2+=1的短轴的左、右两个端点分别为A,B,直线l:y=kx+1与椭圆交于C,D两点,且直线AD与BC的斜率之比为2∶1,求k的值.
答案:k=3
解:(法一)设C(x1,y1),D(x2,y2).
联立直线 l 与椭圆的方程,得
整理得(4+k2)x2+2kx-3=0,
∴x1+x2=,x1x2=,
且x2==
==.(2分)
由已知易得A(-1,0),B(1,0),∴直线 BC 和 AD 的斜率分别为kBC=,kAD=.
又∵kAD∶kBC=2∶1,∴=.
∵点C,D在直线 l 上,∴y1=kx1+1,y2=kx2+1.
将其代入上式并整理,得kx1x2+(2k-1)x1+(k+2)x2+3=0.(*)
将x1+x2,x1x2和x2代入*式,得
k·+(2k-1)·-(k-3)·+3=0,
化简整理,得-3k-4k2+2k+k2-3k-2(k-3)·+3k2+12=0,
即12-4k-2(k-3)·=0,即4(3-k)+2(3-k)·=0,
解得k=3.(7分)
(法二)设直线BC的斜率为m,则直线AD的斜率为2m.
由题意易知B(1,0),∴直线BC的方程为y=m(x-1).
联立直线BC与椭圆的方程,得
整理得(4+m2)x2-2m2x+m2-4=0,
∴xC·1=,即xC=,
∴yC=m(xC-1)=,∴C.(2分)
由直线AD的斜率为2m,且A(-1,0), 得直线AD的方程为 y=2m(x+1).
联立直线AD与椭圆的方程,得
整理得(4+4m2)x2+8m2x+4m2-4=0,
∴xD·(-1)=,即xD=,
∴yD=2m(xD+1)=,∴D.(4分)
设点(0,1)为点M,易知kCD存在且不为0,
则直线CM的斜率为kCM=,
直线DM的斜率为kDM=.
∵直线CD过点M(0,1),∴=,
整理得(m2+2)(m2+2m-2)=0,解得m=-1+或 m=-1-.
当m=-1+时,kCM==3,
当m=-1-时,kCM==3,
∴直线CD的斜率k=3.(7分)
(法三)设C(x1,y1),D(x2,y2),连接 AC.
由已知得A(-1,0),B(1,0),
∴kCA·kCB=·=.
又∵点 C 在椭圆上,
∴x+=1,即y=4(1-x),∴kCA·kCB=-4.(2分)
又∵kAD∶kBC=2∶1,∴kCA·kAD=-8,即·=-8,
整理得=-8.(4分)
联立直线 l 和椭圆的方程,得
整理得(4+k2)x2+2kx-3=0,
∴x1+x2=,x1x2=,∴y1y2=(kx1+1)(kx2+1)=k2x1x2+k(x1+x2)+1=,
∴==-8,
整理得k2-4k+3=0,解得k=3或k=1.(6分)
当k=1时,点 A 与点 C 重合,不符合题意,舍去.
综上,k=3.(7分)
(本题普查利用不同的方法解决椭圆中的求值问题,以及函数与方程思想的应用)
学科网(北京)股份有限公司
$$