内容正文:
书书书
17.
(15
分
)
如
图
4
,在
四
棱
锥
P
-
ABCD
中
,四
边
形
ABCD
为
直
角
梯
形
,其
中
AB
⊥
BC
,AB
∥
CD
,CD
=
2AB
=
2BC
=
2
,平
面
PAC
⊥
平
面
ABCD
.
(1
)
证
明
:平
面
PAD
⊥
平
面
PAC
;
(2
)
若
CD
⊥
PA
,
且
异
面
直
线
PB
与
CD
所
成
角
为
45°,
求
平
面
PBC
与
平
面
PAD
的
夹
角
.
18.
(17
分
)
已
知
各
项
均
为
正
数
的
数
列
{a
n }
满
足
a
1
=
1
,a
2n+1
-
2a
n
=
λ .
(1
)
若
λ
=
0
,求
a
2 ,a
3
的
值
.
(2
)
若
λ
=
3
,证
明
:3
( -
) 12
n-2≤
a
n
<
3.
19.
(17
分
)
“
工
艺
折
纸
”
是
一
种
把
纸
张
折
成
各
种
不
同
形
状
物
品
的
艺
术
活
动
,在
我
国
源
远
流
长
.某
些
折
纸
活
动
蕴
含
丰
富
的
数
学
内
容
,
例
如
:用
一
张
圆
形
纸
片
,按
如
下
步
骤
折
纸
(
如
图
5
).
步
骤
1
:设
圆
心
是
E
,在
圆
内
异
于
圆
心
处
取
一
点
,标
记
为
F
;
步
骤
2
:把
纸
片
折
叠
,使
圆
周
正
好
通
过
点
F
;
步
骤
3
:把
纸
片
展
开
,并
留
下
一
道
折
痕
;
步
骤
4
:不
停
重
复
步
骤
2
和
3
,就
能
得
到
越
来
越
多
的
折
痕
(
如
图
6
).
已
知
这
些
折
痕
所
围
成
的
图
形
是
一
个
椭
圆
.
若
取
半
径
为
4
的
圆
形
纸
片
,设
定
点
F
到
圆
心
E
的
距
离
为
槡
2
3
,按
上
述
方
法
折
纸
.
(1
)
以
点
F
,E
所
在
的
直
线
为
x
轴
,建
立
适
当
的
坐
标
系
,求
折
痕
围
成
的
椭
圆
C
的
标
准
方
程
;
(2
)
设
椭
圆
C
的
下
顶
点
为
D
,过
点
D
作
两
条
互
相
垂
直
的
直
线
l1 ,
l2 ,这
两
条
直
线
与
椭
圆
C
的
另
一
个
交
点
分
别
为
M
,N
.
设
l1
的
斜
率
为
k(k
≠
0
)
,△
D
M
N
的
面
积
为
S
,当
S
|
k
|
>
1 69
时
,求
k
的
取
值
范
围
.
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B
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(
书
一、利用法向量求线面角
例1在棱长为1的正方体
ABCD-A1B1C1D1中,求 A1B1
与平面 A1C1B所成角的正弦
值.
解析:建立如图1所示的
空间直角坐标系 Dxyz,则 A1(1,0,1),B1(1,1,
1),C1(0,1,1),B(1,1,0),于是A1
→B =(0,1,
-1),A1
→C1 =(-1,1,0),A1
→B1 =(0,1,0).
设平面A1C1B的法向量为n=(x,y,z),则
n·A1
→B=0,
n·A1
→C1 =
{ 0 y-z=0,-x+y={ 0 y=z,{y=x.
取y=1,得n=(1,1,1).
设直线A1B1与平面A1C1B所成的角为θ,
则sinθ=|cos〈n,A1
→B1〉|=
|n·A1
→B1|
|n||A1
→B1|
=|0+1+0|
槡3×1
=槡33,
即直线A1B1与平面A1C1B所成角的正弦值
为槡
3
3.
二、利用法向量求二面角
例2在四棱锥V-ABCD中,底面ABCD是
正方形,侧面VAD是正三角形,平面VAD⊥底面
ABCD.求平面 VAD与平面 VDB的夹角的余弦
值.
解析:取 AD的中点 O,
则VO⊥底面ABCD.建立如
图2所示的空间直角坐标系
Oxyz.
设正方形ABCD的边长
为 1, 则 A 1
2,0,( )0,
B 1
2,1,( )0, (D -12,0, )0 ,V0,0,槡3( )2 .
可知
→AB=(0,1,0)是平面VAD的法向量.
设n=(1,y,z)是平面VDB的法向量,则
n· →VB=0,
n· →BD={ 0
(1,y,z)· 1
2,1,-
槡3( )2 =0,
(1,y,z)·(-1,-1,0)=
{
0
y=-1,
z=-槡3{ 3n= 1,-1,-槡3( )3 .
所以 |cos〈→AB,n〉|= |0-1+0|
1×槡213
=
槡21
7 .
所以平面VAD与平面VDB夹角的余弦值为
槡21
7 .
三、利用法向量证面面垂直
例3如图3,在棱长为1的正方体ABCD-
A′B′C′D′中,AP=BQ=b(0<b<1),截面
PQEF∥ A′D,截面 PQGH∥ AD′.证明:平面
PQEF⊥平面PQGH.
证明:以 D为原点,射线 DA,DC,DD′分别
为x,y,z轴的正半轴建立如图4所示的空间直角坐
标系Dxyz.
由题意得DF=1-b,
则有D(0,0,0),A(1,0,0),A′(1,0,1),
D′(0,0,1),P(1,0,b),Q(1,1,b),E(1-b,1,0),
F(1-b,0,0),G(b,1,1),H(b,0,1).
于是
→PQ=(0,1,0),→PF=(-b,0,-b),
→PH=(b-1,0,1-b),→AD′=(-1,0,1),
→A′D=(-1,0,-1).
因为
→AD′· →PQ=0,→AD′· →PF=0,
所以
→AD′是平面PQEF的法向量.
因为
→A′D· →PQ=0,→A′D· →PH=0,
所以
→A′D是平面PQGH的法向量.
因为
→AD′· →A′D=0,所以 →AD′⊥ →A′D,
即平面PQEF⊥平面PQGH.
书
例 1 如右图,过点
C(0,1)的椭圆x
2
a2
+y
2
b2
=
1(a>b>0)的离心率为
槡3
2,椭圆与 x轴交于两点
A(a,0),B(-a,0),过点C的直线l与椭圆交于
另一点D,并与x轴交于点P,直线AC与直线BD
交于点Q.
(1)当直线 l过椭圆右焦点时,求线段 CD
的长;
(2)当点P异于点B时,证明:→OP·→OQ为定值.
(1)解:由题意知b=1,ca=
槡3
2,解得a=2,
所以椭圆的方程为
x2
4+y
2 =1.
椭圆的右焦点为(槡3,0),
此时直线l的方程为y=-槡33x+1,
代入椭圆方程得7x2- 槡83x=0,
解得x1 =0,x2 = 槡
83
7,
代入直线l的方程得y1 =1,y2 =-
1
7,
所以点D的坐标为 槡83
7,-( )17 ,
故|CD|= 槡83
7 -( )0
2
+ -17-( )1槡
2
=167.
(2)证明:当直线l与x轴垂直时与题意不
符,故直线l与x轴不垂直,即直线l的斜率存在.
设直线l的方程为y=kx+ (1 k≠0且k≠
)12 ,
代入椭圆方程得(4k2+1)x2+8kx=0,
解得x1 =0,x2 =
-8k
4k2+1
,
代入直线l的方程得y1 =1,y2 =
1-4k2
4k2+1
,
所以点D的坐标为 -8k
4k2+1
,
1-4k2
4k2+( )1.
又直线AC的方程为x2+y=1,
直线BD的方程为y=1+2k2-4k(x+2),
联立解得x=-4k,y=2k+1,
因此Q(-4k,2k+1).
又点P的坐标为 -1k,( )0.
所以
→OP· →OQ= -1( )k ×(-4k)=4.
故
→OP· →OQ为定值.
例2已知椭圆C过点A1,( )32 ,两个焦点分
别为(-1,0),(1,0).
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)E,F是椭圆C上的两个动点,如果直线
AE的斜率与 AF的斜率互为相反数,证明直线
EF的斜率为定值,并求出这个定值.
(1)解:椭圆的标准方程为x
2
4+
y2
3=1.(过
程略) ①
(2)证明:设直线AE方程为y=k(x-1)+
3
2,代入 ① 得(3+4k
2)x2 +4k(3-2k)x+
4 3
2( )-k
2
-12=0.
设E(xE,yE),F(xF,yF),
因为点A1,( )32 在椭圆上,所以
xE =
4 3
2( )-k
2
-12
3+4k2
,yE =kxE+
3
2-k.
又直线AE的斜率与 AF的斜率互为相反
数,在 上 式 中 以 -k代 k, 可 得 xF =
4 3
2( )+k
2
-12
3+4k2
,yF =-kxF+
3
2+k,
所以直线EF的斜率
kEF =
yF-yE
xF-xE
=
-k(xF+xE)+2k
xF-xE
=12.
即直线EF的斜率为定值,其值为12.
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书
一、单项选择题
1~4 DBBC 5~8 CADC
二、多项选择题
9.ACD; 10.ACD; 11.AC.
三、填空题
12.an =
0,
2n-1{ ,
n=1,
n≥2;
13.3n-1; 14.56.
四、解答题
15.(1)an =10-2n.
(2){n|1≤n≤10,n∈N}.
16.(1)an =3
n-2.证明略.
(2 [) 57,+ )∞ .
17.解:(1)当n=1时,2a1 =3a1-4,即a1 =4,
所以a1+2=6,
由2Sn =3an-4n, ①
当n≥2时,2Sn-1 =3an-1-4(n-1), ②
① -②得2an =3an-3an-1-4,即an =3an-1+4,
所以an+2=3(an-1+2),
所以当λ=2时,{an+λ}是等比数列,首项为6,公比
为3.
(2)由(1)得an+2=6×3
n-1 =2×3n,
所以bn =
n(an+2)
2 =n×3
n,
所以Tn =1×3+2×3
2+3×33+… +n×3n,
3Tn =1×3
2+2×33+… +(n-1)×3n+n×3n+1,
故2Tn =n×3
n+1-(3+32+… +3n)=n×3n+1-
3(1-3n)
1-3 (= n- )12 ×3n+1+32,
所以Tn =
(2n-1)3n+1+3
4 .
18.解:(1)依题意
a1+a1q+a1q
2 =14,
2(a1q+1)=a1+a1q
2{ ,
而q>1,解得a1 =2,q=2,则an =2
n,
等差数列{bn}中,由4b1 =a2 =4,得b1 =1,
又b8 =a3 =8,则公差d=
b8-b1
8-1 =1,
bn =b1+(n-1)d=n,
所以数列{an},{bn}的通项公式是an =2
n,bn =n.
(2)由(1)知,数列{an}与数列{bn}都是递增数列,
a5 =32<50,a6 =64>50,
因此新数列前50项中,有5项是数列{an}的前5项,
另45项为数列{bn}的前45项,
而a1+a2+a3+a4+a5 =
2-26
1-2=62,
b1+b2+… +b45 =
45×(1+45)
2 =1035,
所以新数列的前50项和为62+1035=1097.
19.解:(1)因为数列{an}是“指数型数列”,所以对于
任意的n,m∈N+,都有an+m =an·am.因为a1 =2,
所以a2 =a1·a1 =2×2=4,
a3 =a1·a2 =2×4=8.
(2) {数列 1an + }1 是“指数型数列”.
证明:由an =2anan+1+3an+1得
1
an+1
= 3an
+2,
即
1
an+1
+1= (3 1an + )1 ,
{所以数列 1an + }1 是等比数列,且 1a1 +1=3.
则
1
an
+1 (= 1a1 + )1 ×3n-1 =3·3n-1 =3n
(
,
1
an
+ ) (1 1am + )1 =3n·3m =3n+m,
1
an+m
+1=3n+m,
{所以数列 1an + }1 是“指数型数列”.
(3)因为数列{an}是“指数型数列”,
故对任意的n,m∈N+,
有an+m =an·am,则an+1 =an·a1,
所以an =an-1·a1 =… =a
n
1 (= a+2a+ )3
n
,n≥2,
a1 =
a+2
a+3适合该式.
假设数列{an}中存在三项au,av,aw构成等差数列,
不妨设u<v<w,
则有2av=au+aw,
则 (2 a+2a+ )3
v (= a+2a+ )3
u (+ a+2a+ )3
w
.
故2(a+3)w-v(a+2)v-u =(a+3)w-u+(a+2)w-u,
当a为偶数且a∈N+时,2(a+3)
w-v(a+2)v-u是偶
数,而(a+3)w-u是奇数,(a+2)w-u是偶数,
故2(a+3)w-v(a+2)v-u =(a+3)w-u+(a+2)w-u不
能成立;
当a为奇数且a∈N+时,2(a+3)
w-v(a+2)v-u是偶
数,而(a+3)w-u是偶数,(a+2)w-u是奇数,
故2(a+3)w-v(a+2)v-u =(a+3)w-u+(a+2)w-u不
能成立;
所以对任意的 a∈ N+,2(a+
3)w-v(a+2)v-u =(a+3)w-u+(a+
2)w-u不能成立.
即数列{an}中任意三项都不能
构成等差数列.
书
一、位置关系的判定
例1已知圆C:(x-1)2+(y-1)2=r2,直线
l:x+y-10=0,则当r满足什么条件时,圆C与直
线l(1)相交;(2)相切;(3)相离.
解:圆心为C(1,1),
圆心C到直线l的距离
d=|1+1-10|
12+1槡
2
= 槡42.
则(1)当r> 槡42时,圆与直线相交;
(2)当r= 槡42时,圆与直线相切;
(3)当r< 槡42时,圆与直线相离.
点评:直线与圆的位置关系,共有三种,可利
用圆心到直线的距离与半径的关系求解,也可联
立直线与圆的方程,但较为复杂.
例2求两圆C1:x
2+y2-2x-35=0,C2:x
2+
y2-26x-10y+145=0的公切线的条数.
解:先把两圆的一般方程化为标准方程:
C1:(x-1)
2+y2 =36,
C2:(x-13)
2+(y-5)2 =49.
因为|C1C2|=13=|r1+r2|,所以两圆外切.
所以两圆有3条公切线.
点评:求到两定点A,B的距离分别为定长 r1,
r2的直线的条数问题,可转化为求两圆公切线的条
数问题,即转化为两圆位置关系问题.
二、线圆方程的应用之对称性
例 3在物理放射性实验中,一粒子从点
A(-3,3)发出,射到临界面x轴上,反射以后经过
的路线与圆C:x2+y2-4x-4y+7=0相切进入
铅制收集箱.求粒子从点A发出时经过的路线所在
的直线l的方程.
解:将圆C的方程写成标准方程为
(x-2)2+(y-2)2 =1.
因为路线经x轴后反射,
所以粒子从点A发出时经
过的路线所在的直线l一定与
圆C关于 x轴的对称圆 C1相
切.如图1.
因为C(2,2),所以C1(2,-2),半径r=1.
设l的方程为y-3=k(x+3),
即kx-y+3k+3=0.
因为直线l与圆C1相切,则点C1到l的距离等
于圆的半径,即
|2k+2+3k+3|
k2+槡 1
=1.
解得k=-43或k=-
3
4.
分别代入直线方程,整理得直线l的方程为
4x+3y+3=0或3x+4y-3=0.
点评:解决与圆有关的对称问题,要注意题中
隐含的信息,本例中“反射”是一个常见的与对称
有关的词.
三、线圆方程的应用之几何意义
例4如果实数x,y满足x2+y2-4x+1=0,
(1)求yx的最大值; (2)求y-x的最小值.
解:(1)x2+y2-4x+1=0可以化为
(x-2)2+y2 =3.则 yx表示
圆上的点与原点连线的斜率.由图
2可知,当直线OA和圆相切时,且
切点在第一象限时,kOA即为所求
的最大值.
由OC=2,AC=槡3,∠OAC=90°,
可得∠AOC=60°,所以kOA =槡3.
即
y
x的最大值是槡3.
(2)设y-x=b,则y=x+b,
所以b为直线y=x+b在y轴上的截距.
当直线与圆相切且切点在
第四象限时,b最小,如图3.
由
|2+b|
槡2
=槡3,
解得b=-槡6-2或b=槡6-2(舍去).
所以y-x的最小值为 -槡6-2.
点评:此类问题涉及的知识点包括斜率,相
切,线距,点距,最值等,比较综合,同学们重点在
于掌握其包含的基础知识.
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评
(
四
)
测
试
范
围
:
选
择
性
必
修
1
~
4
章
◎
数
理
报
社
试
题
研
究
中
心
第
Ⅰ
卷
选
择
题
(
共
58
分
)
一
、
单
项
选
择
题
:
本
大
题
共
8
小
题
,
每
小
题
5
分
,
共
40
分
.
1.
已
知
数
列
{
a n
}
的
通
项
公
式
是
a n
=
n2
+
(
-
1)
n
×
2,
则
其
第
3,
4
项
分
别
是
(
)
(
A
)
9,
14
(
B)
9,
18
(
C)
7,
18
(
D
)
7,
14
2.
设
a
∈
R
,则
“
直
线
ax
+
y
-
1
=
0
与
直
线
x
+
ay
+
1
=
0
平
行
”
是
“
a
=
1”
的
(
)
(
A
)
充
分
不
必
要
条
件
(
B)
充
要
条
件
(
C)
必
要
不
充
分
条
件
(
D
)
既
不
充
分
也
不
必
要
条
件
3.
若
向
量
p
在
空
间
的
一
组
基
底
{
a,
b,
c}
下
的
坐
标
是
(
1,
3,
2)
,则
p
在
基
底
{
a
+
b,
a
-
b,
c}
下
的
坐
标
是
(
)
(
A
)
(
4,
-
2,
2)
(
B)
(
2,
1,
2)
(
C)
(
2,
-
1,
2)
(
D
)
(
1,
3,
2)
4.
等
差
数
列
{
a n
}
中
,若
S 9
=
18
,S
n
=
24
0,
a n
-4
=
30
,则
n
=
(
)
(
A
)
14
(
B)
15
(
C)
16
(
D
)
17
5.
在
坐
标
平
面
内
,与
点
A(
1,
2)
距
离
为
3,
且
与
点
B(
3,
2)
距
离
为
1
的
直
线
共
有
(
)
(
A
)
1
条
(
B)
2
条
(
C)
3
条
(
D
)
4
条
6.
如
图
1
所
示
的
多
面
体
是
由
底
面
为
AB
CD
的
长
方
体
被
截
面
AE
C 1
F
所
截
得
到
的
,
其
中
AB
=
3,
BC
=
2,
CC
1
=
4,
BE
=
2,
则
BC
中
点
G
到
平
面
AE
C 1
F
的
距
离
为
(
)
(
A
)
槡
2 11
(
B)
槡3
2
11
(
C)
槡
3
2 2
22
(
D
)
槡
9
22
22
7 .
设
F
为
双
曲
线
x2 a2
-
y2 b2
=
1(
a
>
b
>
0)
的
右
焦
点
,O
为
坐
标
原
点
,若
O
F
的
垂
直
平
分
线
与
渐
近
线
在
第
一
象
限
内
的
交
点
到
另
一
条
渐
近
线
的
距
离
为
2 3
|
O
F
|,
则
双
曲
线
的
离
心
率
为
(
)
(
A
)
槡2
3
(
B)
槡3
5 5
(
C)
槡2
5
(
D
)
5
8.
设
抛
物
线
T:
y2
=
4x
的
焦
点
为
F,
A
为
抛
物
线
上
一
点
且
A
在
第
一
象
限
,
|
AF
|
=
4,
若
将
直
线
AF
绕
点
F
逆
时
针
旋
转
45
°得
到
直
线
l,
且
直
线
l与
抛
物
线
交
于
C,
D
两
点
,则
|
C D
|
=
(
)
(
A
)
槡
32
-
16
3
(
B)
槡
32
-
1 6
2
(
C)
槡
16
-
8
3
(
D
)
槡
16
-
8
2
二
、
多
项
选
择
题
:
本
题
共
3
小
题
,
每
小
题
6
分
,
共
18
分
.
9.
已
知
等
比
数
列
{
a n
}
的
公
比
为
q(
q
>
0)
,前
n
项
积
为
T n
,若
T 3
>
T 2
>
T 4
,则
(
)
(
A
)
a 1
>
0
(
B)
0
<
q
<
1
(
C)
T 5
>
1
(
D
)
T 6
>
1
10
.曲
线
C
的
方
程
为
x2
-
y2 λ
-
4
=
0,
则
(
)
(
A
)
当
λ
>
0
时
,曲
线
C
是
焦
距
为
4
1
+
槡
λ
的
双
曲
线
(
B)
当
λ
<
-
1
时
,曲
线
C
是
焦
距
为
4
1
-
槡
λ
的
双
曲
线
(
C)
曲
线
C
不
可
能
为
圆
(
D
)
当
-
1
<
λ
<
0
时
,曲
线
C
是
焦
距
为
4
1
+
槡
λ
的
椭
圆
11
.如
图
2,
在
菱
形
AB
CD
中
,A
B
=
槡4
3 3
, ∠
BA
D
=
60
°,
沿
对
角
线
BD
将
△
AB
D
折
起
,使
点
A,
C
之
间
的
距
离
为
槡2
2(
如
图
3)
.若
P,
Q
分
别
为
线
段
BD
,C
A
上
的
动
点
,则
下
列
说
法
正
确
的
是
(
)
(
A
)
平
面
AB
D
⊥
平
面
BC
D
(
B)
线
段
PQ
长
度
的
最
小
值
为
槡
2
(
C)
当
AQ
=
Q
C,
4P
D
=
D
B
时
,点
D
到
直
线
PQ
的
距
离
为
槡
14 14
(
D
)
当
P,
Q
分
别
为
线
段
BD
,C
A
的
中
点
时
,P
Q
与
AD
所
成
角
的
余
弦
值
为
槡
6 4
第
Ⅱ
卷
非
选
择
题
(
共
92
分
)
三
、
填
空
题
:
本
题
共
3
小
题
,
每
小
题
5
分
,
共
15
分
.
12
.若
圆
C
的
半
径
为
1,
圆
心
在
第
三
象
限
,且
与
直
线
4x
-
3y
=
0
和
y
轴
都
相
切
,则
该
圆
的
标
准
方
程
是
.
13
.已
知
空
间
直
角
坐
标
系
xO
y
中
,过
点
P(
x 0
,y
0
,z
0
)
且
一
个
法
向
量
为
m
=
(
a,
b,
c)
的
平
面
α
的
方
程
为
a(
x
-
x 0
)
+
b(
y
-
y 0
)
+
c(
z
-
z 0
)
=
0,
过
点
P(
x 0
,y
0
,z
0
)
且
方
向
向
量
为
n
=
(
u,
v,
w)
(
uv
w
≠
0)
的
直
线
l的
方
程
为
x
-
x 0
u
=
y
-
y 0 v
=
z
-
z 0
w
.用
以
上
知
识
解
决
下
面
问
题
:
已
知
平
面
α
的
方
程
为
x
-
2y
+
3z
+
3
=
0,
直
线
l是
两
个
平
面
2x
-
y
+
2
=
0
与
x
-
2z
+
1
=
0
的
交
线
,则
直
线
l与
平
面
α
所
成
角
的
正
弦
值
为
.
14
.已
知
数
列
{
a n
}
是
递
增
的
等
比
数
列
,a
1
+
a 4
=
18
,a
2
a 3
=
3 2
.
若
{
a n
}
的
前
n
项
和
为
S n
,
且
S k
+6
-
S k
=
21
1
-
25
,
则
正
整
数
k
等
于
.
四
、
解
答
题
:
本
题
共
5
小
题
,
共
77
分
.
15
.(
13
分
)
已
知
△
AB
C
的
顶
点
C(
1
,0
)
,
BC
边
上
的
高
所
在
直
线
的
方
程
为
x
-
y
+
1
=
0.
(
1)
求
直
线
BC
的
一
般
式
方
程
;
(
2)
若
AC
边
上
的
中
线
所
在
直
线
的
方
程
为
y
=
3,
求
顶
点
A
的
坐
标
.
16
.(
15
分
)
已
知
数
列
{
a n
}
是
等
差
数
列
,
且
a p
=
q,
a q
=
p(
p
<
q )
,a
p+
q
=
p
+
q
-
3.
(
1)
求
p,
q
的
值
及
数
列
{
a n
}
的
通
项
公
式
;
(
2)
若
a 4
,a
5
,a
b 1
,a
b 2
,…
,a
b n
成
等
比
数
列
,求
数
列
{
b n
}
的
通
项
公
式
.
2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < = > ? @ A
!
B C ! " # $ % & ' (
2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < = > D @ A
!
E F ) " # $ % & ' (
!
&
"
"
/
'
(
)
*
+
!
/
"
,)
#
"
-
)
.
+
,
!
'
!
)
!!
"GHIJIE 0 "KQRSB "TUV*WX2)1/+1'3/'14 "GHYZX./[\]^_`abcd 52' efgQhij /' k4lhmTUV "noT'O2)2224
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¬ ® ¯ ° ± ² ³ z { ´ h ^ p V Z | µ ¶
书
第22期3,4版
数列核心素养综合测评
一、单项选择题
1~4 DBBC 5~8 CADC
提示:
1.因为根据数列1,槡3,槡5,槡7,3,…,
所以an = 2n-槡 1(n∈N+),
又 槡33=槡27,
所以 2n-槡 1=槡27,解得n=14.
2.a3 =
a3
a2
×
a2
a1
×a1 =
32
22
×2
2
12
×a1 =9a1 =3.
3.设九只茶壶按容积从小到大依次记为a1,a2,…,a9,
由题意可得a1+a2+a3 =0.5,a7+a8+a9 =2.5,
所以3a2 =0.5,3a8 =2.5a2+a8 =1,
所以a5 =
a2+a8
2 =05.
4.设等差数列{an}的公差为d(d≠0),
由题意知a24 =a2a8,a4 =4,
所以(4-2d)(4+4d)=16,
解得d=1或d=0(舍去),所以a1 =1,
所以S10 =10×1+
10×9
2 ×1=55.
5.a2 =a1a3a1q=1a1 =
1
q,
S3+T3 =122q+3+
4
q =12,
则2q2-9q+4=(2q-1)(q-4)=0
q1 =
1
2,q2 =4,
由于{an}为递增数列,则q=4,a1 =
1
4,
所以{an}的通项公式为an =4
n-2,
所以Sn =
1
4(1-4
n)
1-4 =
1
12(4
n-1).
6.根据题意得a2n+1-a
2
n =2(n≥1,n∈N+),
故{a2n}是公差为2的等差数列,
所以a2n =a
2
9+2(n-9)=2n,
又{an}各项为正,则an = 2槡n,
所以
2
an+an+1
= 2
2n+槡 2+ 2槡n
= 2( 2n+槡 2- 2槡n)
( 2n+槡 2+ 2槡n)( 2n+槡 2- 2槡n)
= 2n+槡 2- 2槡n,
{故数列 2an+an+ }1 的前24项和为(槡4-槡2)+(槡6
-槡4)+… +(槡50-槡48)=槡50-槡2= 槡42.
7.设数列{an}的公差为d,
由已知得
a1+d=-7,
2a1 =5a1+
5×4
2 d
{ ,解得 a1 =-10,d=3{ ,
则Sn =-10n+
n(n-1)
2 ×3=
3n2-23n
2 .
因为f(x)=12(3x
2-23x)的零点为x=0,x=233,
所以|f(x)|(x∈N+)的最小值是靠近零点处的函
数值.
又|S1|=10,|S7|=7,|S8|=4,
所以n=8时,|Sn|最小.
8.设等比数列{an}的公比为q,q>0,且an >0.
由题意得
a1(1+q
2)=20,
a3(1+q
2)=5{ ,两式相除得q2 = 14,
所以q= 12,所以a1 =16,故an =2
5-n.
显然当n≤5时,a1a2…an <1不成立,
所 以 n > 5 且 n ∈ N+, 则 a1a2…an =
24+3+2+1+0+(-1)+(-2)+…+(5-n) =2
n(9-n)
2 <1,
即
n(9-n)
2 <0,则n>9,
故正整数n的最小值为10.
二、多项选择题
9.ACD; 10.ACD; 11.AC.
提示:
9.根据题意,等比数列{an}的首项为3,公比为q,(q
∈Z),
若243是该数列中的一项,设243是该数列的第n项,
则a1q
n-1 =243,变形可得qn-1 =81,
又由q∈Z,当n=2时,q=81,
当n=3时,q=±9,当n=5时,q=±3.
故选(A)(C)(D).
10.{an}的前若干项依次为1,2,1,1,0,1,1,0,1,1,
0,...,
所以a5 =0,故(A)正确;
由a1 =1>0,an≥0,可得Sn >0,故(B)错误;
由a5 =0,可得S4 =S5,故(C)正确;
S32 =1+2+10×(1+1+0)=23,故(D)正确.
故选(A)(C)(D).
11.设等差数列的公差为d,因为a1+3a5 =S7,
所以a1+3(a1+4d)=7a1+21d,
解得a1 =-3d.
又an =a1+(n-1)d=(n-4)d,
所以a4 =0,所以(A)正确;
因为公差d的正负不能确定,所以S3可能为最大值,
也可能为最小值,故(B)不正确;
因为S6-S1 =a2+a3+a4+a5+a6 =5a4 =0,
所以S6 =S1,所以(C)正确;
因为a3+a5 =2a4 =0,所以a3 =-a5,
即|a3|=|a5|,所以(D)错误.
故选(A)(C).
三、填空题
12.an =
0,
2n-1{ ,
n=1,
n≥2;
13.3n-1; 14.56.
提示:
12.由Sn+1 =n
2-1+an+1得
n≥2时,Sn =(n-1)
2-1+an,
两式相减得an =n
2-(n-1)2 =2n-1(n≥2),
当n=1时,S2 =1
2-1+a2 =a1+a2a1 =0,
故an =
0,
2n-1{ ,
n=1,
n≥2.
13.“追梦数列”{an}满足
1
an+1
-3an
=0(n∈N+),
即an =3an+1,则数列{an}是公比为
1
3的等比数列.
{若数列 1bn+ }1 为“追梦数列”,
则
1
bn+1
= 1b1+1 (× )13
n-1
= 1
3n
,
则bn+1=3
n,则bn =3
n-1.
14.当n=1时,a1 =
2
3,
当n≥2时,由a1+3a2+9a3+… +3
n-1an =
n+1
3
可得a1+3a2+9a3+… +3
n-2an-1 =
n
3,
两式相减,可得3n-1an =
n+1
3 -
n
3 =
1
3,
解得an =
1
3n
.
因为当n=1时,a1 =
2
3不满足上式.
所以an =
2
3,
1
3n
{ ,
n=1,
n≥2,
则当n=1时,S1 =a1 =
2
3,
当n≥2时,Sn =a1+a2+a3+… +an
= 23+
1
32
+1
33
+… +1
3n
= 23+
1
32
- 1
3n+1
1-13
= 56-
1
2·3n
,
因为当n=1时,S1 =
2
3也满足上式,
所以Sn =
5
6-
1
2·3n
,n∈N+.
因为Sn =
5
6-
1
2·3n
< 56,
且Sn <k对任意n∈N+恒成立,
所以k≥ 56,即实数k的最小值为
5
6.
四、解答题
15.解:(1)设{an}的公差为d.
由S9 =-a5得a5 =a1+4d=0.
由a3 =4得a1+2d=4.于是a1 =8,d=-2.
因此{an}的通项公式为an =10-2n.
(2)由(1)得a1 =-4d,
故an =(n-5)d,Sn =
n(n-9)d
2 .
由a1 >0知d<0,
故Sn≥an等价于n
2-11n+10≤0,
解得1≤n≤10.
所以n的取值范围是{n|1≤n≤10,n∈N}.
16.(1)证明:由a1 =1,an =3an-1+4(n≥2)
可得an+2=3an-1+6=3(an-1+2),a1+2=3.,
即数列{an+2}是首项和公比均为3的等比数列,
则an+2=3
n,即an =3
n-2.
(2)解:数列cn=
3bn
an·an+1
=
an+2
an·an+1
= 3
n
(3n-2)(3n+1-2)
,
则
cn+1
cn
= 3
n+1
(3n+1-2)(3n+2-2)
·
(3n-2)(3n+1-2)
3n
=3
n+1-6
3n+2-2
<1,
所以{cn}为递减数列,可得cn≤c1 =
3
7.
若任意正整数n,不等式cn≤2λ-1恒成立,
则2λ-1≥ 37,即有λ≥
5
7,
即λ [的取值范围是 57,+ )∞ .
17.解:(1)当n=1时,2a1 =3a1-4,即a1 =4,
所以a1+2=6,
由2Sn =3an-4n, ①
当n≥2时,2Sn-1 =3an-1-4(n-1), ②
① -②得2an =3an-3an-1-4,即an =3an-1+4,
所以an+2=3(an-1+2),
所以当λ=2时,{an+λ}是等比数列,首项为6,公
比为3.
(2)由(1)得an+2=6×3
n-1 =2×3n,
所以bn =
n(an+2)
2 =n×3
n,
所以Tn =1×3+2×3
2+3×33+… +n×3n,
3Tn =1×3
2+2×33+… +(n-1)×3n+n×3n+1,
故2Tn =n×3
n+1-(3+32+… +3n)=n×3n+1-
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34567#89
书
3(1-3n)
1-3 (= n- )12 ×3n+1+32,
所以Tn =
(2n-1)3n+1+3
4 .
18.解:(1)依题意
a1+a1q+a1q
2 =14,
2(a1q+1)=a1+a1q
2{ ,
而q>1,解得a1 =2,q=2,则an =2
n,
等差数列{bn}中,由4b1 =a2 =4,得b1 =1,
又b8 =a3 =8,则公差d=
b8-b1
8-1 =1,
bn =b1+(n-1)d=n,
所以数列{an},{bn}的通项公式是an =2
n,bn =n.
(2)由(1)知,数列{an}与数列{bn}都是递增数列,
a5 =32<50,a6 =64>50,
因此新数列前50项中,有5项是数列{an}的前5项,
另45项为数列{bn}的前45项,
而a1+a2+a3+a4+a5 =
2-26
1-2=62,
b1+b2+… +b45 =
45×(1+45)
2 =1035,
所以新数列的前50项和为62+1035=1097.
19.解:(1)因为数列{an}是“指数型数列”,所以对
于任意的n,m∈N+,都有an+m =an·am.因为a1 =2,
所以a2 =a1·a1 =2×2=4,
a3 =a1·a2 =2×4=8.
(2) {数列 1an + }1 是“指数型数列”.
证明:由an =2anan+1+3an+1得
1
an+1
= 3an
+2,
即
1
an+1
+1= (3 1an + )1 ,
{所以数列 1an + }1 是等比数列,且 1a1 +1=3.
则
1
an
+1 (= 1a1 + )1 ×3n-1 =3·3n-1 =3n
(
,
1
an
+ ) (1 1am + )1 =3n·3m =3n+m,
1
an+m
+1=3n+m,
{所以数列 1an + }1 是“指数型数列”.
(3)因为数列{an}是“指数型数列”,
故对任意的n,m∈N+,
有an+m =an·am,则an+1 =an·a1,
所以an =an-1·a1 =… =a
n
1 (= a+2a+ )3
n
,n≥2,
a1 =
a+2
a+3适合该式.
假设数列{an}中存在三项au,av,aw构成等差数列,
不妨设u<v<w,
则有2av=au+aw,
则 (2 a+2a+ )3
v (= a+2a+ )3
u (+ a+2a+ )3
w
.
故2(a+3)w-v(a+2)v-u =(a+3)w-u+(a+2)w-u,
当a为偶数且a∈N+时,2(a+3)
w-v(a+2)v-u是偶
数,而(a+3)w-u是奇数,(a+2)w-u是偶数,
故2(a+3)w-v(a+2)v-u =(a+3)w-u+(a+2)w-u
不能成立;
当a为奇数且a∈N+时,2(a+3)
w-v(a+2)v-u是偶
数,而(a+3)w-u是偶数,(a+2)w-u是奇数,
故2(a+3)w-v(a+2)v-u =(a+3)w-u+(a+2)w-u
不能成立;
所以对任意的a∈N+,2(a+3)
w-v(a+2)v-u =(a+
3)w-u+(a+2)w-u不能成立.
即数列{an}中任意三项都不能构成等差数列.
第23期3,4版
核心素养阶段测评(四)
一、单项选择题
1~4 CBCB 5~8 ADBA
提示:
1.由an =n
2+(-1)n×2得,
a3 =3
2-2=7,a4 =4
2+2=18.
2.若直线ax+y-1=0与直线x+ay+1=0平行,
则
a2-1=0,
a+1≠{ 0 a=1;
若a=1,则直线x+y-1=0与直线x+y+1=0
平行,
所以直线ax+y-1=0与直线x+ay+1=0平行
是a=1的充要条件.
3.因为p在基底{a,b,c}下的坐标是(1,3,2),
所以p=a+3b+2c,
设p在基底{a+b,a-b,c}下的坐标为(x,y,z),
则p=x(a+b)+y(a-b)+zc
=(x+y)a+(x-y)b+zc,
因此a+3b+2c=(x+y)a+(x-y)b+zc,
所以x+y=1,x-y=3,z=2,
即x=2,y=-1,z=2,
即向量p在基底{a+b,a-b,c}下的坐标为(2,-1,2).
4.由等差数列的性质知
a1+a9 =2a5,a1+an =a5+an-4,
因为S9 =
9(a1+a9)
2 =9a5 =18,故a5 =2,
又Sn =
n(a1+an)
2 =
n(a5+an-4)
2 =240,
故
n(2+30)
2 =240,所以n=15.
5.当直线的斜率不存在时,直线x=4满足与点A(1,
2)距离为3,且与点B(3,2)距离为1,
以点A(1,2)为圆心,r1 =3为半径的圆的方程为
(x-1)2+(y-2)2 =9,
以点 B(3,2)为圆心,r2 =1为半径的圆的方程为
(x-3)2+(y-2)2 =1,
因为|AB|=2=r1-r2,则两圆相内切,
故两圆的公切线有且仅有1条,即x=4,
故在坐标平面内,与点A(1,2)距离为3,且与点B(3,
2)距离为1的直线共有1条.
6.如图1,以D为原点,以
DA,DC,DF所在直线为x轴,
y轴,z轴建立空间直角坐标
系,
则 A(2,0,0),E(2,3,
2),C1(0,3,4),G(1,3,0),
所以AC→ 1 =(-2,3,4),→AE=(0,3,2),
→GE=(1,0,2),
设n=(x,y,z)为平面AEC1F的法向量,
则
n·→AE=0,
n·AC→ 1 =0
{
,
所以
3y+2z=0,
-2x+3y+4z=0{ ,
令z=1,所以n (= 1,-23, )1 ,
所以点C到平面AEC1F的距离为
d=
→|GE·n|
|n| =
槡9 22
22 .
7.双曲线x
2
a2
-y
2
b2
=1(a>0,b>0)渐近线方程为
y=±bax,
由OF的垂直平分线为x= c2,
将x= c2,代入y=
b
ax,则y=
bc
2a,
则交点坐标为 (M c2,bc2 )a ,
则点M到y=-bax(即bx+ay=0)的距离为
d=
bc
2+
bc
2
a2+b槡
2
= 23|OF|=
2c
3,
解得9a2 =5c2,则双曲线的离心率e= ca =
槡35
5.
8.如图2,由题可知F(1,0),
设A(x0,y0),x0 >0,y0 >0,
则|AF|=x0+1=4,所以x0
=3,则y0 = 槡23,A(3,槡23),
故kAF = 槡
23-0
3-1 =槡3,
所以∠AFx=60°,
则直线l的倾斜角
α=60°+45°,
所以直线l的斜率
k=tan(60°+45°)=槡3+1
1-槡3
=-2-槡3,
所以直线l的方程为y=(-2-槡3)(x-1),
联立
y=(-2-槡3)(x-1),
y2 =4x{ ,
可得(7+ 槡43)x
2-(18+ 槡83)x+7+ 槡43=0.
设C(x1,y1),D(x2,y2),
则x1+x2 =
18+ 槡83
7+ 槡43
=30- 槡163,
所以|CD|=x1+x2+2=32- 槡163.
二、多项选择题
9.ABC; 10.AD; 11.ABD.
提示:
9.由题可得T2 =a1a2 =a
2
1q>0,
则a3 =
T3
T2
>1,a3a4 =
T4
T2
<1,即a3 >1>a3a4,
所以a3 =a1q
2 >1,a4 <
1
a3
<1,
所以a1 >0,0<q=
a4
a3
<1,故(A),(B)正确;
所以T5 =a1·a2·a3·a4·a5 =a
5
3 >1,
T6 =a1·a2·a3·a4·a5·a6=(a3·a4)
3<1,故(C)
正确,(D)错误.
故选(A)(B)(C).
10.当λ>0时,方程x2-y
2
λ
-4=0化为x
2
4-
y2
4λ
=1,
曲线C是焦距为2 4+4槡 λ=4 1+槡 λ的双曲线,(A)
正确;
当λ<-1时,方程x2-y
2
λ
-4=0化为x
2
4+
y2
4(-λ)
=1,
曲线C是焦点在 y轴上,焦距为2 4(-λ)-槡 4=
4 -1-槡 λ的椭圆,(B)错误;
当λ=-1时,曲线C表示圆x2+y2 =4,(C)错误;
当 -1<λ<0时,方程x2-y
2
λ
-4=0化为x
2
4 +
y2
4(-λ)
= 1,曲线 C是焦点在 x轴上,焦距为
2 4-4(-槡 λ)=4 1+槡 λ的椭圆,(D)正确.
故选(A)(D).
11.取BD的中点O,连接OA,OC.
在菱形ABCD中,AB= 槡433,∠BAD=60°,
所以OA=OC=ABsin60°= 槡433 ×
槡3
2 =2.
因为AC= 槡22,所以OA
2+OC2 =AC2,
所以OA⊥OC.
又因为AB=AD,O为BD的中点,所以OA⊥BD,
同理可得OC⊥BD.
因为OA⊥OC,OA⊥BD,OC∩BD=O,OC,BD平
面BCD,所以OA⊥平面BCD.因为OA平面ABD,
所以平面ABD⊥平面BCD,故(A)正确;
又OA⊥BD,OA⊥OC,OC⊥BD,
故以 O为原点,OB,OC,OA
所在直线分别为x,y,z轴建立如
图3所示的空间直角坐标系,
则 (B 槡233,0, )0 ,C(0,2,
0),A(0,0,2), (D - 槡233,0, )0 .
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书
当AQ=QC,4PD=DB时,
Q(0,1,1), (P -槡33,0, )0 ,
→ (PQ= 槡33,1, )1 ,→ (DP= 槡33,0, )0 ,
所 以 点 D 到 直 线 PQ 的 距 离 为
→|DP|2 (- →|PQ·→DP|→ )|PQ|槡
2
= 13 (-
1
3
槡21
)
3槡
2
=
槡14
7 ,故(C)错误;
设P(a,0,0 () - 槡233 ≤a≤ 槡23)3 ,Q(x,y,z),
设
→CQ=λ→CA,λ∈[0,1],得Q(0,2-2λ,2λ),
|PQ|= (-a)2+(2-2λ)2+(2λ)槡
2
= a2+ (8 λ- )12
2
+槡 2,
当a=0且λ=12时,|PQ|min=槡2,故(B)正确;
当 P,Q分别为线段 BD,CA的中点时,P(0,0,0),
Q(0,1,1),→PQ=(0,1,1),→ (AD= - 槡233,0,- )2 ,
设PQ与AD所成的角为θ,
则cosθ=
→|PQ·→AD|
→ →|PQ||AD|
= 2
槡2×
16
槡3
=槡64,
所以PQ与AD所成角的余弦值为槡64,故(D)正确.
故选(A)(B)(D).
三、填空题
12.(x+1)2+(y+3)2 =1; 13.槡614; 14.4.
提示:
12.设圆心C(a,b)(a<0,b<0),
圆C:(x-a)2+(y-b)2 =1,
依题意有a=-1,圆心C(a,b)到直线4x-3y=0的
距离为
|-4-3b|
5 =1,
解得b=-3或b= 13(舍去).
所以圆C的标准方程为(x+1)2+(y+3)2 =1.
13.平面α的方程为x-2y+3z+3=0,
所以平面α的法向量为m =(1,-2,3),
平面2x-y+2=0与平面x-2z+1=0的法向量
分别为m1 =(2,-1,0),m2 =(1,0,-2),
设直线l的方向向量为n=(x0,y0,z0),
则
n·m1 =0,
n·m2 =0
{
,
即
2x0-y0 =0,
x0-2z0 =0
{
,
取n=(2,4,1),
设直线l与平面α所成的角为θ,
则sinθ=|cos〈m,n〉|= |m·n||m|·|n|
= 3
槡14×槡21
=槡614.
14.联立
a1+a4 =18,
a2a3 =a1a4 =32
{
,
可得
a1 =2,
a4 =
{ 16或
a1 =16,
a4 =2
{ .
又因为数列{an}是递增的等比数列,
所以
a1 =2,
a4 =16
{
,
则公比q=2,an=2
n,Sk+6-Sk=ak+1
+ak+2+… +ak+6 =
2k+1(1-26)
1-2 =2
k+7-2k+1,所以Sk+6
-Sk =2
k+7-2k+1 =211-25,所以k=4.
四、解答题
15.解:(1)由题意得边BC上的高所在直线的斜率为1,
则直线BC的斜率为 -1,
所以直线BC的方程为y=-(x-1),即x+y-1=0.
(2)设A(x0,y0),因为AC边上的中线所在直线的方
程为y=3,且C(1,0),所以
y0+0
2 =3,则y0 =6.
因为BC边上高所在直线经过点A,
所以x0-y0+1=0,则x0 =y0-1=5,
故A的坐标为(5,6).
16.解:设{an}的公差为d,
由ap =q,aq =p得ap-a9 =(p-q)d=q-p,
因为p<q,所以p-q≠0,
所以d=-1,ap+q =ap+qd=q-q=0,
所以p+q-3=0,p+q=3,
因为p<q,所以p=1,q=2,
由ap =q得a1 =2,
所以an =a1+(n-1)d=2-(n-1)=-n+3.
(2)由(1)得an =-n+3,所以a4 =-1,a5 =-2,
故a4,a5,ab1,ab2,…,abn是首项为 -1,公比为2的等
比数列.
所以abn =-1×2
n+1 =-2n+1,
由an =-n+3得abn =-bn+3,
所以 -bn+3=-2
n+1,所以bn =2
n+1+3.
17.(1)证明:因为AB⊥BC,2AB=2BC=2,AB∥CD,
所以AB=BC=1,∠ACD=∠BAC=45°,
AC= AB2+BC槡
2 =槡2.
在△ACD中,CD=2.由余弦定理可知
AD2 =AC2+CD2-2AC·CDcos∠ACD
=(槡2)
2+22-2×槡2×2×槡
2
2 =2,
故AD2+AC2 =CD2,所以AD⊥AC.
因为平面PAC⊥平面ABCD,平面PAC∩平面ABCD
=AC,AD平面ABCD,所以AD⊥平面PAC,
又因为AD平面PAD,所以平面PAD⊥平面PAC.
(2)解:因为AD⊥平面PAC,PA平面PAC,
所以AD⊥PA.又因为CD⊥PA,
CD∩AD=D,所以PA⊥平面ABCD.
因为AB∥CD,所以∠PBA是异面直线PB与CD所成
角,即∠PBA=45°,
所以tan∠PBA=PAAB=1,所以PA=AB=1.
以点A为坐标原点,AD,
AC,AP所在的直线分别为 x,
y,z轴建立如图4所示的空间
直角坐标系.
则 (B -槡22,槡22, )0 ,
C(0,槡2,0),P(0,0,1),所以
→ (PB= -槡22,槡22,- )1 ,→PC=(0,槡2,-1).
设平面PBC的法向量为n1 =(x,y,z),
则
n1·
→PB=-槡22x+
槡2
2y-z=0,
n1·
→PC=槡2y-z=0
{
,
令y=1,则x=-1,z=槡2,得n1 =(-1,1,槡2),
由题意得n2 =(0,1,0)为平面PAD的一个法向量,
所以|cos〈n1,n2〉|=
|n1·n2|
|n1||n2|
=|1×1|2×1 =
1
2,
则〈n1,n2〉=60°,
故平面PBC与平面PAD的夹角为60°.
18.(1)解:若λ=0,则a2n+1 =2an.
因为a1 =1,且数列{an}各项为正,
所以a22 =2a1 =2,则a2 =槡2,
所以a23 =2a2 = 槡22=2
3
2,则a3 =2
3
4.
(2)证明:若λ=3,则a2n+1-2an =3.
因为a2n+1-9=2(an-3),
即(an+1-3)(an+1+3)=2(an-3).
一方面,an+1-3与an-3显然同号.
因为a1-3<0,所以an-3<0,即an <3.
另一方面,
3-an+1
3-an
= 2an+1+3
.
由a2n+1 =2an+3>3,得an+1 >槡3>1,
所以
3-an+1
3-an
< 24 =
1
2,
所以3-an <(3-an-1)×
1
2 <… <(3-a1)
(
×
)12
n-1 (= )12
n-2
(n≥2),
所以an >3 (- )12
n-2
(n≥2),
又因为a1 =1,所以an≥3 (- )12
n-2
.
综上可得3 (- )12
n-2
≤an <3.
19.解:(1)如图5,以FE所在的直线为x轴,FE的中
点O为原点建立平面直角坐标系,
设 M(x,y)为椭圆上一
点,由题意可知 |MF|+
|ME|=|AE|=4>|EF|=
槡23,
所以点M的轨迹是以 F,
E为焦点,长轴长2a=4的椭
圆,因为2c= 槡23,2a=4,
所以c=槡3,a=2,
则b2 =a2-c2 =1,所以椭圆C的方程为x
2
4+y
2=1.
(2)由(1)知D(0,-1),
所以直线l1:y=kx-1(k
≠0),l2:y=-
1
kx-1,如图
6所示,
设M(x1,y1),N(x2,y2),
联立
x2
4+y
2 =1,
y=kx-1
{
,
整理
得(1+4k2)x2-8kx=0,
所以x1 =
8k
1+4k2
,所以y1 =
8k2
1+4k2
-1,
所以|DM|= x21+(y1+1)槡
2
= 64k
2
(1+4k2)2
+ 64k
4
(1+4k2)槡 2
=8|k|
1+4k2
1+k槡
2.
联立
x2
4+y
2 =1,
y=-1kx-1
{ ,整理得(4+k2)x2+8kx=0,
所以x2 =
-8k
k2+4
,所以y2 =
8
k2+4
-1,
所以|DN|= x22+(y2+1)槡
2
= 64k
2
(4+k2)2
+ 64
(4+k2)槡 2 =
8
4+k2
1+k槡
2,
所以S△DMN =
1
2|DM|·|DN|
=12×
8|k|
1+4k2
1+k槡
2× 8
4+k2
1+k槡
2
= 32|k|(1+k
2)
(1+4k2)(4+k2)
,
由
S
|k|>
16
9得
32(1+k2)
(1+4k2)(4+k2)
>169,
整理得4k4-k2-14<0,得 -74 <k
2 <2,
又k2 >0,所以0<k2 <2,
所以 -槡2<k<0或0<k<槡2,
所以k的取值范围为(-槡2,0)∪(0,槡2).
第24期2版
专项小练一
1.A; 2.D; 3.ABC.
4.9; 5.f(3)3 <
f(2)
2 <f(1).
6.解:(1)Δs=s(20+Δt)-s(20)=10×(20+Δt)
+5(20+Δt)2-10×20-5×202=10Δt+200Δt+5Δt2
=1+20+005=2105,Δs
Δt
=210501 =2105.
(2)由(1)知Δs
Δt
=10Δt+200Δt+5Δt
2
Δt
=210+5Δt,
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书
当Δt趋于0时,ΔsΔt
趋于210,
所以赛车在t=20时的瞬时速度为210m/s.
专项小练二
1.A; 2.D; 3.BC.
4.3; 5.y=(2+ 槡22)x-(2+ 槡22)或 y=(2-
槡22)x-(2- 槡22).
6.解:点P(1,1)处的切线的斜率
k=lim
h→0
f(1+h)-f(1)
h =limh→0
1
1+h-1
h
=lim
h→0
-1
1+h=-1,
故切线方程为y-1=-(x-1),即x+y-2=0,
令x=0,y=2,则B(0,2),
令y=0,x=2,则A(2,0),则S△OAB =
1
2×2×2=2.
第24期3,4版
导数的概念及其意义同步核心素养测评
一、单项选择题
1~4 CBBA 5~8 ABBA
提示:
1.根据平均变化率的定义,在35m范围内,当水深每
增加5m时,水库储水量的平均变化率依次为:
水深(m) 0 5 10 15 20 25 30 35
平均变化率
(104m2)
0 2 4 12 14 23 32 43
平均变化率越来越大.
2.因为lim
Δx→0
f(x0+Δx)-f(x0-3Δx)
Δx
=4lim
4Δx→0
f(x0+Δx)-f(x0-3Δx)
4Δx
=2,
所以lim
4Δx→0
f(x0+Δx)-f(x0-3Δx)
4Δx
= 12,
即f′(x0)=lim4Δx→0
f(x0+Δx)-f(x0-3Δx)
4Δx
= 12.
3.根据平均速度定义可知,
在t∈[2,3]内的平均速度为
v1 =
Δs
Δt
=3
2+2×3-22-2×2
3-2 =7;
在t=3时的瞬时速度为
v2 =lim
Δt→0
(3+Δt)2+2×(3+Δt)-32-2×3
Δt
=lim
Δt→0
(8+Δt)=8;
所以
v1
v2
= 78.
4.因为v1 =kOA,v2 =kAB,v3 =kBC,由图象知kOA <
kAB <kBC,所以v1 <v2 <v3.
5.由图可知,甲厂污水排放量逐渐减少,故①正确;
乙厂的污水排放量比甲厂减少得更多,故②正确,
在接近t0时,甲工厂污水排放量减少得比乙的更加
快,故③错误.故选(A).
6.由题意得f′(1)=2,
所 以 lim
d→0
f(1+d)-f(1)
d = limd→0
a(1+d)2+b-a-b
d =limd→0(2a+ad)=2a=2,
解得a=1,又f(1)=a+b=3,则b=2,所以 ba=2.
7.因为 f(2024+Δx)=(2024+Δx)(2023+
Δx)…(1+Δx)Δx(-1+Δx),
f(2024+Δx)-f(2024)
Δx
=(2024+Δx)(2023+
Δx)…(1+Δx)(-1+Δx),
所以 f′(2024)=lim
Δx→0
f(2024+Δx)-f(2024)
Δx
=
lim
Δx→0
[(2024+Δx)(2023+Δx)…(1+Δx)(-1+Δx)]
=-2024!
8.由图可知,f(-14),f′(8)
为负数,f(3),3f′(3)为正数,故
不选f(-14),f′(8),
设f(x)在x=3处的点为A,显然OA的斜率kOA大于
f′(3),
则
f(3)-0
3-0 >f′(3),可转化为f(3)>3f′(3),所以
f(3)的值最大.
二、多项选择题
9.AC; 10.ABD; 11.ABC.
提示:
9. lim
Δx→0
f(x0)-f(x0-2Δx)
2Δx
= lim
Δx→0
f(x0-2Δx+2Δx)-f(x0-2Δx)
2Δx
=f′(x0),(A)满足;
lim
Δx→0
f(x0+Δx)-f(x0-Δx)
Δx
= 2 lim
2Δx→0
f(x0-Δx+2Δx)-f(x0-Δx)
2Δx
=2f′(x0),(B)不满足;
lim
Δx→0
f(x0+2Δx)-f(x0+Δx)
Δx
=f′(x0),(C)满足;
lim
Δx→0
f(x0+Δx)-f(x0-2Δx)
Δx
= 3 lim
3Δx→0
f(x0-2Δx+3Δx)-f(x0-2Δx)
3Δx
=3f′(x0),(D)不满
足.
故选(A)(C).
10.该物体在1≤t≤3时的平均速度是s(3)-s(1)3-1
=71-152 =28,(A)正确;
lim
Δt→0
7×(4+Δt)2+8-7×42-8
Δt
= lim
Δt→0
56·Δt+7(Δt)2
Δt
=lim
Δt→0
(56+7·Δt)=56,(B)正确;
当t=5时,s(5)=7×52+8=183,(C)错误;
lim
Δt→0
7×(5+Δt)2+8-7×52-8
Δt
= lim
Δt→0
70·Δt+7·(Δt)2
Δt
=lim
Δt→0
(70+7·Δt)=70,(D)正确.
故选(A)(B)(D).
11.在t1时刻,甲、乙两人血管中的药物浓度相同,
(A)正确;
在t2时刻,甲、乙两人血管中药物浓度的瞬时变化率
不同,(B)正确;
在[t2,t3]这个时间段内,甲、乙两人血管中药物浓度
的平均变化率相同,(C)正确;
在[t1,t2]这个时间段内甲血管中药物浓度的平均变
化率大于在[t2,t3]这个时间段内甲血管中药物浓度的平
均变化率,(D)错误.故选(A)(B)(C).
三、填空题
12.e
3-2
e-1; 13.
3π
4; 14.[-2,2].
提示:
12.因为f(x)=x3-lnx,
所以f(e)=e3-lne=e3-1,f(1)=13-ln1=1,
所以f(x)=x3-lnx在区间[1,e]上的平均变化率
为
f(e)-f(1)
e-1 =
e3-1-1
e-1 =
e3-2
e-1.
13.f′(2)=lim
h→0
f(2+h)-f(2)
h
=-lim
h→0
f(2)-f(2+h)
h =-1,
设其倾斜角为α,则有tanα=-1,
又α∈[0,π),故α=3π4.
14.依题意,Fx(x,y)=lim
Δx→0
Δz
Δx
=lim
Δx→0
(x+Δx)2+y2-(x+Δx)y-x2-y2+xy
Δx
=lim
Δx→0
(2x-y+Δx)=2x-y,
同理可求得Fy(x,y)=2y-x,
所以Fx(x,y)+Fy(x,y)=x+y,设z=x+y,
则y=-x+z,由F(x,y)=x2+y2-xy=1,
得x2+(-x+z)2-x(-x+z)-1=0,
即3x2-3zx+z2-1=0,此方程有解,
所以Δ=9z2-12(z2-1)=-3z2+12≥0,
即z2≤4,-2≤z≤2.
故Fx(x,y)+Fy(x,y)的取值范围为[-2,2].
四、解答题
15.解:(1)Δy=f(t1+Δt)-f(t1)
=3t21·Δt+3t1·(Δt)
2+(Δt)3,
故当t1 =4,Δt=001时,
Δy=0481201,ΔyΔt
=481201.
(2)由(1)得lim
Δt→0
=Δy
Δt
=lim
Δt→0
[3t21+3t1·Δt+(Δt)
2]
=3t21 =48,
故函数y=f(t)在t1 =4处的导数是48.
16.解:(1)物体在第1s内的平均变化率(即平均速
度)为
f(1)-f(0)
1-0 =
11
3(m/s);
(2)Δy
Δx
=f(x+Δx)-f(x)
Δx
=
2
3(x+Δx)
3+(x+Δx)2+2(x+Δx) (- 23x3+x2+2 )x
Δx
=2x2+2x+2+23(Δx)
2+2x·Δx+Δx,
当Δx→0时,Δ
y
Δx→
2x2+2x+2,
当x=1时,Δy
Δx
=6,
所以物体在第1s末的瞬时速度为6m/s.
(3)由(2)得2x2+2x+2=14,解得x=2,
即经过2s该物体的运动速度达到14m/s.
17.解:(1)设人从C点运动到B点位移为xm,AB为
身影长度,为ym,
由于CD∥BE,则ABAC=
BE
CD,即
y
x+y=
16
8,
所以y=025x.
(2)设人离开C点的时间为ts,
而84m/min=14m/s,而x=14t,所以y=035t.
在[0,10]内自变量的增量为t2-t1 =10-0=10,
函数值的增量为
f(t2)-f(t1)=035×10-035×0=35,
所以
f(t2)-f(t1)
t2-t1
=3510 =035,
即人离开 C点 10s内身影长度的平均变化率为
035m/s.
18.解:(1)由题意得,割线AB的斜率
k=-(2+Δx)
2+(2+Δx)-(-4+2)
Δx
=-4Δx+Δx-(Δx)
2
Δx
=-3-Δx,
由 -3-Δx≤-1,得Δx≥-2,又Δx≠0,
所以Δx的取值范围是[-2,0)∪(0,+∞).
(2)由(1)知函数f(x)=-x2+x在x=2时的导数
为f′(2)=-3,
又f(2)=-22+2=-2,
所以函数f(x)在点A处的切线斜率为 -3,
所以函数f(x)在点A处的切线的方程为y-(-2)
=-3(x-2),即3x+y-4=0.
19.解:设切点坐标为(x0,y0),则y0 =x
3
0-3x
2
0+x0,
因为Δy=f(x0+Δx)-f(x0)=(x0+Δx)
3-3(x0
+Δx)2+(x0+Δx)-(x
3
0-3x
2
0+x0)=3x
2
0Δx+3x0(Δx)
2
+(Δx)3-6x0Δx-3(Δx)
2+Δx,
所以
Δy
Δx
=3x20+3x0Δx+(Δx)
2-6x0-3Δx+1,
所以f′(x0)=lim
Δx→0
Δy
Δx
=3x20-6x0+1,
所以切线方程为y-(x30-3x
2
0+x0)=(3x
2
0-6x0+
1)(x-x0).
因为切线过原点,所以x30-3x
2
0+x0=3x
3
0-6x
2
0+x0,
即2x30-3x
2
0 =0,解得x0 =0或x0 =
3
2,
所以切线方程为x-y=0或5x+4y=0.
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